ກະຊວງສກຶ ສາທກິ ານ ແລະ ກລິ າ ກມົ ສາ້ ງຄູ ວທິ ະຍາໄລຄູຫຼວງພະບາງ ວທິ ະຍາໄລຄຫູ ຼວງພະບາງ ສາ້ ງວຊິ າຊບີ ຄສູ ູ່ ູຄວາມເປັນເລດີ ປະເສດີ ດວ້ ຍຄຸນນະທໍາ ສູ່ ງົ ເສມີ ວດັ ທະນະທໍາທູ່ ເີ ປັນເອກະລກັ ພດັ ທະນາສູ່ ງິ ແວດລອ້ ມ ສາ້ ງຄວາມພອ້ ມກາ້ ວສູ່ ູສາກນົ ເອກະສານປະກອບການສອນ ຟີຊກິ ອາຕອມ ສາຍຄູຟີຊກິ ສາດ ລະບບົ 12+4 ຊອ.ປທ ພອນສະຫວດັ ຈນັ ທະວງົ ປີ 2017
ກະຊວງສກຶ ສາທກິ ານ ແລະ ກລິ າ ກມົ ສາ້ ງຄູ ວທິ ະຍາໄລຄູຫຼວງພະບາງ ວທິ ະຍາໄລຄູຫຼວງພະບາງ ສາ້ ງວຊິ າຊບີ ຄສູ ູ່ ູຄວາມເປັນເລດີ ປະເສດີ ດວ້ ຍຄຸນນະທໍາ ສູ່ ງົ ເສມີ ວດັ ທະນະທໍາທູ່ ເີ ປັນເອກະລກັ ພດັ ທະນາສູ່ ງິ ແວດລອ້ ມ ສາ້ ງຄວາມພອ້ ມກາ້ ວສູ່ ູສາກນົ ເອກະສານປະກອບການສອນ ວຊິ າ: ຟີຊກິ ອາຕອມ ຮຽບຮຽງໂດຍ: ທູ່ ານ ປ.ໂທ ພອນສະຫວດັ ຈນັ ທະວງົ ກວດແກໂ້ ດຍ: ທູ່ ານ ປ.ໂທ ວດັ ທະນາ ສອີ ຸດມົ ພນັ ທູ່ ານ ອາຈານ ປ.ໂທ ສສີ ະເກດ ຜວົ ຄໍາພມົ ປີ 2017
ຄາໍ ນາໍ ເພູ່ ອເປັນການປັບປຸງຄຸນນະພາບ, ປະສດິ ທພິ າບ, ແນໃສູ່ ສະມດັ ຖະພາບ ແລະ ການພດັ ທະນາການສາ້ ງຄໃູ ຫ້ ມເີ ທກັ ນກິ ການສອນໃຫດ້ ຂີ ນຶ້ ນນັ້ . ຂາ້ ພະເຈາົ້ ຈູ່ ງຶ ໄດຮ້ ຽບຮຽງເອກະສານເຫຼມັ້ ນຂີ້ ນຶ້ ມາ ເພູ່ ອປະກອບເຂາົ້ ໃນການ ຮຽນ-ການສອນ. ໂດຍໄດພ້ ດັ ທະນາຕາມທດິ ທາງຂອງກມົ ສາ້ ງຄູ ກຄໍ ກະຊວງສກຶ ສາທກິ ານ ແລະ ກລິ າ ໄດວ້ າງອອກ ໂດຍແນໃສູ່ ການຈດັ ການຮຽນ-ການສອນແບບໃໝູ່ ທູ່ ເີ ນນັ້ ການປູກອຸດມົ ການ, ຄຸນນະທໍາ ແລະ ຈດິ ວນິ ຍານຂອງ ຄວາມເປັນຄູໃຫແ້ ກູ່ ນກັ ສກຶ ສາ, ເຮດັ ໃຫເ້ ຂາົ ເຈາົ້ ມທີ ກັ ສະວຊິ າຄູທູ່ ໜີ ກັ ແໜນ້ , ເຂາົ້ ໃຈພດັ ທະນາການ, ມຄີ ວາມຮູ ້ ທູ່ ວົ ໄປ ແລະ ຄວາມຮູທ້ າງດາ້ ນວຊິ າສະເພາະ. ໂດຍສະເພາະແມູ່ ນສາຍຄູຟີຊກິ ສາດ ເຊູ່ ງິ ສາມາດສອນໄດຕ້ ງັ້ ແຕູ່ ຊນັ້ ມດັ ທະຍມົ ສກຶ ສາຕອນຕນົ້ ຈນົ ເຖງິ ມດັ ທະຍມົ ສກຶ ສາຕອນປາຍ. ຈດຸ ປະສງົ ຕນົ້ ຕໍຂອງເອກະສານເຫຼມັ້ ນີ້ ເພູ່ ອສາ້ ງຄູມດັ ທະຍມົ ສກຶ ສາຕອນຕົນ້ -ຕອນປາຍໃຫມ້ ຄີ ວາມຮູ,້ ຄວາມເຂາົ້ ໃຈກູ່ ຽວກບັ ເນອ້ ໃນດາ້ ນຟີຊກິ ອາຕອມ ສາມາດສອນໄດຢ້ ູ່ າງຄູ່ ອງແຄວ້ , ສາມາດສກຶ ສາຫາຄວາມຮູເ້ ພູ່ ມີ ເຕມີ ແລະ ຕດິ ຕາມຄວາມກາ້ ວໜາ້ ທາງດາ້ ນຟີຊກິ ສາດໃນອະນາຄດົ . ພອ້ ມນຍີ້ ງັ ໃຫຄ້ ວາມຖະນດັ ໃນການສາ້ ງກດິ ຈະກາໍ ການຮຽນ-ການສອນ ແລະ ສາມາດທດົ ລອງໄດ.້ ເນອ້ ໃນຫຼກັ ຂອງເອກະສານເຫຼມັ້ ນີ້ ໄດກ້ ວມເອາົ ວຊິ າຟີຊກິ ອາຕອມຂອງວທິ ະຍາໄລຄູ ແລະ ມະຫາວທິ ະຍາ ໄລແຫູ່ ງຊາດ. ໂດຍອງີ ຕາມການຄນົ້ ຄວາ້ , ຄວາມເຂາົ້ ໃຈ ແລະ ທດິ ສະດສີ ອນຕວົ ຈງິ ໃນໄລຍະຜູ່ ານມາ ແລວ້ ນໍາມາ ປະກອບເຂາົ້ ກນັ ຈນົ ສໍາເລດັ ສມົ ບູນ. ເອກະສານເຫຼມັ້ ນມີ້ ເີ ນອ້ ໃນບດົ ຮຽນທງັ ໝດົ 6 ບດົ ເຊູ່ ງິ ມລີ າຍລະອຽດດູ່ ງັ ນີ້ ບດົ ທີ 1 ການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ ແລະ ຂສໍ້ ມົ ມຸດຂອງ Planck, ບດົ ທີ 2 ທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບພເິ ສດ, ບດົ ທີ 3 ຄຸນລກັ ສະນະອະນຸພາກຂອງຄນ້ , ບດົ ທີ 4 ຄຸນລກັ ສະນະຄນ້ ຂອງອະນຸພາກ, ບດົ ທີ 5 ໂຄງສາ້ ງ ແລະ ແບບຈາໍ ລອງ ອາຕອມ ແລະ ບດົ ທີ 6 ອາຕອມທູ່ ມີ ເີ ອເລກັ ຕຣອນຕວົ ດຽວ. ເຖງິ ແມູ່ ນວູ່ າຜູຮ້ ຽບຮຽງໄດພ້ ະຍາຍາມຄນົ້ ຄວາ້ ແລະ ຄດັ ຈອ້ ນເອາົ ເນອ້ ໃນທູ່ ເີ ຫນັ ວູ່ າແທດເໝາະກບັ ສະພາບ ຕວົ ຈງິ ແລວ້ ກໍຕາມ. ແນູ່ ນອນວູ່ າຈະມຂີ ໍຂ້ າດຕກົ ບກົ ພູ່ ອງຫາຼ ຍຢູ່ າງ. ສະນນັ້ , ຫວງັ ຢູ່ າງຍູ່ ງິ ວູ່ າ ຄູ-ອາຈານ, ນກັ ສກຶ ສາ ແລະ ພາກສູ່ ວນອູ່ ນໆ ທູ່ ໄີ ດອ້ ູ່ ານ ຫຼ ໄດນ້ າໍ ໃຊເ້ ອກະສານເຫຼມັ້ ນີ້ ຫາກພບົ ເຫນັ ເນອ້ ໃນບູ່ ໍແທດເໝາະ ຫຼ ຜດິ ພາດປະ ການໃດ ຈູ່ ງົ ກະລຸນາ ສູ່ ງົ ຄໍາຕຊິ ົມໄປຍງັ ຂາ້ ພະເຈາົ້ ດວ້ ຍ. ຂາ້ ພະເຈາົ້ ຍນິ ດີຮບັ ເອາົ ທຸກຄໍາເຫນັ ຂອງທູ່ ານທູ່ ເີ ປັນປະ ໂຫຍດອນັ ລາໍ້ ຄູ່ າສໍາລບັ ການແກໄ້ ຂເອກະສານເຫມຼັ້ ນໃີ້ ຫມ້ ປີ ະສດິ ທຜິ ນົ ຍູ່ ງິ ຂນຶ້ ໃນອະນາຄດົ .
ສາລະບານ ບດົ ທີ ໜາ້ ບດົ ທີ 1 ການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ ແລະ ຂໍສ້ ມົ ມຸດຂອງ Planck ........................................................ 1 1. ການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ ...................................................................................... 1-4 2. ທດິ ສະດຍີ ຸກເກູ່ າົ ກູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດາໍ ........................................................ 5-7 3. ທດິ ສະດຂີ ອງ Planck ກູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດໍາ ............................................. 7-10 ບດົ ທີ 2 ທດິ ສະດສີ າໍ ພນັ ທະພາບພເິ ສດ ................................................................................... 11 1. ສະພາບສໍາພນັ ທະພາບ ແລະ ກອບອາ້ ງອງີ .................................................................... 11 2. ການແປງແບບ Galileo ....................................................................................11-14 3. ຂໍສ້ ມົ ມຸດຖານຂອງ Einstein..............................................................................14-17 4. ການປູ່ ຽນແປງແບບ Lorentz..............................................................................18-19 5. ບາງອາການຟີຊກິ ໃນທດິ ສະດສີ າໍ ພນັ ທະພາບ .............................................................19-26 ບດົ ທີ 3 ຄຸນລກັ ສະນະອະນຸພາກຂອງຄນ້ ................................................................................. 27 1. ທດິ ສະດໂີ ຟຕອນ ............................................................................................27-28 2. ປະກດົ ການໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣກິ .............................................................................29-36 3. ປະກດົ ການຄອມຕນັ (Compton effect)...............................................................36-42 4. ຂະບວນການຜະລດິ ຄູ່ ູ ແລະ ຂະບວນການຫາຍເປັນຄູ່ ູ ..................................................42-46 ບດົ ທີ 4 ຄຸນລກັ ສະນະຄນ້ ຂອງອະນຸພາກ................................................................................. 47 1. ຄຸນລກັ ສະນະຂອງໂຟຕອນ ..................................................................................... 47 2. ຄຸນລກັ ສະນະຄນ້ ຂອງສູ່ ງິ ວດັ ຖຸ (ສະສານ) ................................................................47-48 3. ກດົ ເກນການສນົ ລະວນົ ຂອງ Bragg ......................................................................48-54 ບດົ ທີ 5 ໂຄງສາ້ ງ ແລະ ແບບຈາໍ ລອງຂອງອາຕອມ ...................................................................... 55 1. ປະຫວດັ ການສກຶ ສາກູ່ ຽວກບັ ອາຕອມ .....................................................................55-61 2. ຄຸນລກັ ສະນະພນ້ ຖານຂອງອາຕອມ .......................................................................61-65 3. ແບບຈາໍ ລອງຂອງທອມສນັ (Tomson) ..................................................................65-78 4. ແບບຈາໍ ລອງຂອງ ຣດັ ເທຟີ ອດ໌ (Rutherford) ..........................................................79-83 5. ລະດບັ ພະລງັ ງານຂອງອາຕອມຮໂີ ດຣແຊນ ...............................................................84-87 6. ຂສໍ້ ມົ ມຸດກູ່ ຽວກບັ ແບບຈາໍ ລອງອາຕອມຂອງ Bohr .....................................................87-92 7. ອາຕອມຮໂີ ດຣແຊນ.........................................................................................92-94 8. ບນັ ດາອາຕອມທູ່ ຄີ າ້ ຍຄອາຕອມຮໂີ ດຣແຊນ............................................................ 94-103 ບດົ ທີ 6 ອາຕອມທູ່ ມີ ເີ ອເລກັ ຕຣອນຕວົ ດຽວ............................................................................104 1. ສມົ ຜນົ Schrödinger ໃນລະບບົ ເສນັ້ ເຄາົ້ ໜູ່ ວຍກມົ ................................................ 104-105
2. ເລກຄວານຕາໍ ແລະ ດເີ ຈນເນເີ ຣຊີ .....................................................................105-107 3. ຈາໍ ລອງແບບເວກັ ເຕີ .....................................................................................107-110 4. ຕາໍ ລາຄນ້ ແລະ ຄວາມໜາແໜນ້ ໂອກາດຂອງອາຕອມຮໂີ ດຣແຊນ.................................110-113 5. ສະປິນແທ້ (Intrinsic Spin) ..........................................................................113-115 6. ການກະທບົ ສະປິນ-ການໂຄຈອນ ......................................................................116-117 7. ໂມເມນັ ຕາໍ ມມູ ລວມ .....................................................................................117-118 8. ພະລງັ ງານປະຕກິ ລິ ະຍາສະປິນ-ການໂຄຈອນ ແລະ ລະດບັ ພະລງັ ງານຂອງອາຕອມຮໂີ ດແຊນ ..118-120 ພາກເພູ່ ມີ ເຕມີ ........................................................................................................121-122 ເອກະສານອາ້ ງອງີ
ບດົ ທີ 1 ການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ ແລະ ຂສໍ ້ ມົ ມຸດຂອງ Planck 1. ການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ ການປູ່ ອຍຄວາມຮອ້ ນອອກຈາກວດັ ຖຸຮອ້ ນໃດໜູ່ ງຶ ສູ່ ູແວດລອ້ ມອອ້ ມຂາ້ ງວດັ ຖຸດູ່ ງັ ກູ່ າວເອນີ້ ວູ່ າ ການແຜູ່ ລງັ ສີ ຄວາມຮອ້ ນ. ໃນທາງກງົ ກນັ ຂາ້ ມ, ຖາ້ ວດັ ຖຸທູ່ ມີ ອີ ຸນຫະພູມຕູ່ ໍາກວູ່ າຖກນາໍ ໄປວາງໃນແວດລອ້ ມທູ່ ມີ ອີ ຸນຫະພູມສູງ ກວູ່ າ, ວດັ ຖຸດູ່ ງັ ກູ່ າວກູ່ ໍຈະດດູ ຄວາມຮອ້ ນຈາກແວດລອ້ ມບໍລເິ ວນອອ້ ມຂາ້ ງເຊູ່ ນັ ກນັ ໃນກໍລະນນີ ເີ້ ອນີ້ ວູ່ າ ການດດູ ກນ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ. ວດັ ຖຸທຸກຊະນດິ , ບູ່ ວໍ ູ່ າຈະເປັນທາດແຂງ ຫຼ ທາດແຫຼວກູ່ ໍຕາມຖາ້ ມອີ ຸນຫະພູມສູງກວູ່ າສູນອງົ ສາສໍາບູນ ( 0 K ) ຈະແຜູ່ ລງັ ສຄີ ນ້ ໄຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ອອກມາ. ຈາກການທດົ ລອງໂດຍການເຜາົ ແທູ່ ງເຫຼກັ ໃຫຮ້ ອ້ ນທູ່ ສີ ຸດ ແລວ້ ວດັ ແທກລງັ ສທີ ູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາພບົ ວູ່ າຢູ່ ູອຸນຫະພູມ ຕູ່ ໍາສຸດ ຍງັ ບູ່ ໍເຫນັ ການປູ່ ຽນແປງໃດໆ, ເມູ່ ອອຸນຫະພູມເພູ່ ມີ ຂນຶ້ ປະມານ 1500o K ຫຼ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນແຜູ່ ອອກປະ ມານ 90% ຈະເປັນລງັ ສທີ ູ່ ີຢູ່ ູໃນຊູ່ ວງຄວາມຍາວຄນ້ ອນິ ຟາເຣດ, ມີພຽງແຕູ່ 10% ເທູ່ າົ ນນັ້ ເປັນລງັ ສຢີ ູ່ ູໃນຊູ່ ວງ ຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ສີ າມາດເບູ່ ງິ ເຫນັ ໄດ,້ ຈະເລູ່ ມີ ເຫນັ ທູ່ ອນເຫຼກັ ເປັນສແີ ດງ ແລະ ເມູ່ ອເຫຼກັ ຮອ້ ນຂນຶ້ ໄປອກີ ຈະເຫນັ ທູ່ ອນເຫຼກັ ເປັນສສີ ມົ້ , ສເີ ຫຼອງ ແລະ ໃນທູ່ ສີ ຸດເມູ່ ອອຸນຫະພູມສູງຂນຶ້ ອກີ ຈະເຫນັ ທູ່ ອນເຫຼກັ ປູ່ ຽນເປັນສຟີ າ້ , ສມີ ູ່ ວງ, ລງັ ສຂີ ອງແສງທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາໃນຊູ່ ວງທູ່ ີຕາເບູ່ ງິ ເຫນັ ເຮາົ ເອນີ້ ລງັ ສຊີ ູ່ ວງນວີ້ ູ່ າ ສະເປັກຕຣໍາ (Spectrum). ຕູ່ ໍມາເມູ່ ອ ທູ່ ອນເຫກຼັ ຮອ້ ນຂນຶ້ ອກີ ຄວາມຖູ່ ທີ ູ່ ພີ ະລງັ ງານສູ່ ວນໃຫຍູ່ ແຜູ່ ອອກມາສູງຂນຶ້ ອກີ ເປັນລງັ ສເີ ໜອມູ່ ວງ ເຊູ່ ງິ ຕາຄນົ ເຮາົ ບູ່ ໍ ສາມາດເບູ່ ງິ ເຫນັ ໄດ.້ ສະເປັກຕຣໍາທູ່ ເີ ກດີ ຈາກການເຜາົ ທູ່ ອນເຫຼກັ ໃຫຮ້ ອ້ ນຈດັ (ອຸນຫະພູມສູງ) ນເີ້ ປັນສະເປັກຕຣໍາ ແບບຕູ່ ເໍ ນູ່ ອງ. ວດັ ຖຸທູ່ ມີ ອີ ຸນຫະພູມສູງ (ວດັ ຖຸທູ່ ຮີ ອ້ ນ) ນອກຈາກຈະມກີ ານແຜູ່ ລງັ ສແີ ລວ້ ຍງັ ມກີ ານດູດກນລງັ ສຈີ າກສູ່ ງິ ແວດ ລອ້ ມອີກດວ້ ຍ ໂດຍອດັ ຕາການແຜູ່ ລງັ ສທີ ູ່ ີແຜູ່ ອອກມາຈະຂນຶ້ ກບັ ອຸນຫະພູມ ແລະ ຊະນດິ ຂອງຜວິ ຂອງວດັ ຖຸ . ວດັ ຖຸຕູ່ າງຊະນດິ ກນັ ຈະມຄີ ວາມສາມາດໃນການແຜູ່ ແລະ ດູດກນລງັ ສໄີ ດຕ້ ູ່ າງກນັ . ວດັ ຖຸທູ່ ເີ ປັນຕວົ ແຜູ່ ຫຼ ດູດກນ ລງັ ສີໄດຢ້ ູ່ າງສມົ ບູນ ແລະ ດີທູ່ ີສຸດເອີນ້ ວູ່ າ ວດັ ຖຸ ດໍາ (Black Boby). ວດັ ຖຸດໍາຈະດູດກນຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ທຸກ ຄວາມຖູ່ ທີ ູ່ ຕີ ກົ ກະທບົ ໂດຍບູ່ ໍສະທອ້ ນອອກມາດູ່ ງັ ຮູບລູ່ ຸມນ.ີ້ (Cavity) ຮູບທີ 1.1. ເສນັ້ ສະແດງການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງຄວາມເຂມັ້ ຮູບທີ 1.2. ແບບຈາໍ ລອງຂອງວດັ ຖຸດໍາ. ພະລງັ ງານກບັ ຄວາມຖູ່ ຢີ ູ່ ູອຸນຫະພູມຕູ່ າງກນັ . 1
ວດັ ຖຸທູ່ ແີ ຜູ່ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ໄດ້ ເປັນຜນົ ເນູ່ ອງມາຈາກໂມເລກູນທູ່ ມີ ໄີ ຟຟາ້ ບນັ ຈທຸ ູ່ ຜີ ວິ ຂອງວດັ ຖຸມກີ ານສູ່ ນັ ສະ ເທອນຢູ່ ູຕະຫອຼ ດເວລາ ຈາກທດິ ສະດແີ ມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ເມູ່ ອໄຟຟາ້ ບນັ ຈມຸ ອີ ດັ ຕາເລູ່ ງັ ມນັ ຈະແຜູ່ ຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ອອກ ມາ. ຈາກການທດົ ລອງເຫນັ ວູ່ າ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ແີ ຜູ່ ຈາກວດັ ຖຸດໍາມຄີ ວາມຖູ່ ບີ ູ່ ໍຕູ່ ໍເນູ່ ອງ, ໃນສະໄໝນນັ້ ມສີ ູດ 3 ສູດທູ່ ີຕງັ້ ຢູ່ ູເທງິ ທດິ ສະດແີ ມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ຂອງແມກັ ແວວ (Maxwell) ແລະ ໄດຈ້ າກການທດົ ລອງທູ່ ໃີ ຊອ້ ະທບິ າຍ ກູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດໍາຄ: 1.1. Wien’s displacement Law ຈາກການສກຶ ສາສະເປັກຕຣໍາຂອງການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນຈາກວດັ ຖຸດໍາ ໂດຍການວດັ ຄວາມເຂມັ້ ຂອງຄນ້ ກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ, ພບົ ວູ່ າອຸນຫະພູມຂອງວດັ ຖຸ (T) ພວົ ພນັ ກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ໃີ ຫຄ້ ູ່ າຄວາມເຂມັ້ ສູງສຸດ ( max ) ຂອງສະເປັກຕຣໍາທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາດູ່ ງັ ນ:ີ້ maxT 2,898103 mK (1.1) ຮູບທີ 1.3. ການສະແດງສະເປັກຕຣໍາການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ. ເຮາົ ເອນີ້ ການພວົ ພນັ ແບບນວີ້ ູ່ າ ກດົ ເກນການເຄູ່ ອນຍາ້ ຍຂອງວນິ ເຊູ່ ງິ ໃຊປ້ ະມານຄູ່ າອຸນຫະພູມຂອງວດັ ຖຸ ໄດຈ້ າກຄວາມຍາວຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ (ອາດຊອກຫາຄູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ໄດຈ້ າກການລຽ້ ວເບນຂອງ ແສງຜູ່ ານແກວ້ ຫູ່ ຼຽມ). ຈະເຫນັ ໄດວ້ ູ່ າ, ເມູ່ ອອຸນຫະພູມຂອງວດັ ຖຸສູງຂນຶ້ ຄູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ໃີ ຫຄ້ ວາມເຂມັ້ ສູງສຸດ ຈະມຄີ ູ່ ານອ້ ຍລງົ ຫຼ ຈດຸ ສຸດຍອດຂອງສະເປັກຕຣໍາຈະເຄູ່ ອນໄປທາງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ລງົ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , ເຮາົ ສາມາດ ປະມານຄູ່ າຂອງອຸນຫະພູມໄດ້ ຈາກການສງັ ເກດຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ ຫຼ ສຂີ ອງວດັ ຖຸເຊູ່ ນັ ແປວໄຟທູ່ ເີ ປັນ ສຟີ າ້ ຈະຮອ້ ນກວູ່ າແປວໄຟສແີ ດງ. 1.2. Stefan’s Law ຈາກສະເປັກຕຣໍາຂອງການແຜູ່ ລງັ ສີ ສາມາດຫາຄູ່ າຄວາມເຂມັ້ ລວມ (ພະລງັ ງານທງັ ໝດົ ຕູ່ ໍຫວົ ໜູ່ ວຍເນອ້ ທູ່ )ີ ຂອງລງັ ສທີ ູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາຈາກວດັ ຖຸໄດຈ້ າກການລວມເນອ້ ທູ່ ຂີ ອງເສນັ້ ສະແດງສະເປັກຕຣໍາຄ: RT T4 [W / m2 ] (1.2) ເຮາົ ເອນີ້ ການພວົ ພນັ ນວີ້ ູ່ າ ກດົ ເກນຂອງສະເຕຟານ-ໂບລຊມ໌ ານ (Stefan-Boltzmann Law) ໂດຍທູ່ ຄີ ູ່ າ ເປັນຄູ່ າຄງົ ທູ່ ີ 5,6705108 W / m2K4 2
1.3. Rayleigh-Jean’s Law I 2ck BT (1.3) 4 ສມົ ຜນົ ຂອງ ເລຍລ໌ ຫີ -໌ ຈນິ ສມົ ມຸດຖານໄດວ້ ູ່ າ ແຕູ່ ລະຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາຈະມຄີ ວາມເຂມັ້ ເທູ່ າົ ໃດ? ເຖງິ ຢູ່ າງໃດກໍຕາມ ການສມົ ມຸດຖານດວ້ ຍສມົ ຜນົ ນນັ້ ຈະຖກຕອ້ ງສະເພາະໃນຊູ່ ວງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສູງເທູ່ າົ ນນັ້ , ຊູ່ ວງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ຕູ່ ໍາ ຜນົ ຄດິ ໄລູ່ ດວ້ ຍສມົ ຜນົ ຈະຕູ່ າງຈາກຜນົ ການທດົ ລອງຫາຼ ຍ. ນນັ້ ຄທດິ ສະດພີ ນ້ ຖານ ບູ່ ໍສາມາດອະທບິ າຍຜນົ ການທດົ ລອງທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ຈາກການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດໍາທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ຕູ່ ໍາໄດຈ້ ູ່ ງຶ ຈາໍ ເປັນ ຕອ້ ງມທີ ດິ ສະດໃີ ໝູ່ . ຮູບທີ 1.4. ເສນັ້ ສະແດງການແຜູ່ ລງັ ສທີ ູ່ ບີ ູ່ ສໍ ອດຄູ່ ອງກບັ ທດິ ສະດຂີ ອງເລຍລ໌ ຫີ -໌ ຈນິ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , Planck ໄດສ້ ະເໜສີ ມົ ຜນົ ທູ່ ໃີ ຊອ້ ະທບິ າຍຂນຶ້ ມາໃໝູ່ ເຊູ່ ງິ ໄດສ້ ອດຄູ່ ອງກບັ ຜນົ ການທດົ ລອງຂອງ ເພູ່ ນິ ຄ: 2hc2 2hf 3 1 5 (ehc/kBT c2 ehf /KT 1 I 1) (1.4) kB 1,381023 J / K ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງໂບລຊມ໌ ານ (Boltzmann). ທູ່ ມີ າຂອງສມົ ຜນົ ນໄີ້ ດມ້ າຈາກການຕງັ້ ສມົ ມຸດຖານ 2 ຂໍທ້ ູ່ ເີ ປັນແນວຄດິ ໃໝູ່ ທູ່ ເີ ໜອຄວາມນກຶ ຄດິ ຂອງມະ ນຸດເຮາົ ໃນສະໄໝນນັ້ ເອນີ້ ວູ່ າ ທດິ ສະດຄີ ວານຕໍາ. ຕວົ ຢູ່ າງ 1.1. ປະມານຄູ່ າອຸນຫະພູມຈາກກດົ ເກນການເຄູ່ ອຍາ້ ຍຂອງວນິ , ຮູ່ າງກາຍຂອງມະນຸດເຮາົ ຈະມອີ ຸນຫະພູມ ປະມານ 35 C ຈູ່ ງົ ປະມານຄູ່ າຄວາມເຂມັ້ ຂອງລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາຈາກຜວິ ໜງັ ຈະມຄີ ູ່ າສູງສຸດທູ່ ຄີ ວາມ ຍາວຄນ້ ເທູ່ າົ ໃດ? ວທິ ແີ ກ:້ ໃຊກ້ ດົ ເກນຂອງວນິ maxT 2,898103 mK ປູ່ ຽນອຸນຫະພູມໃນຫວົ ໜູ່ ວຍອງົ ສາເຊເປັນແກນວນິ T(K) T( C) 273 T 35 273 308K ຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ມີ ຄີ ູ່ າສູງສຸດ ( max ) ຂອງສະເປັກຕຣໍາທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ max 2, 898 103 2, 898 103 9, 41m T 308 3
ຕວົ ຢູ່ າງ 1.2. ປະມານຄູ່ າອຸນຫະພູມກດົ ເກນການເຄູ່ ອຍາ້ ຍຂອງວນິ , ນກັ ວທິ ະຍາສາດສາມາດປະມານຄູ່ າອຸນຫະພູມ ໂດຍການວດັ ແທກສະເປັກຕຣໍາການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນ, ຈູ່ ງົ ປະມານຄູ່ າອຸນຫະພູມຂອງວດັ ຖຸຕູ່ າງໆ ຈາກຄູ່ າຄວາມ ຍາວຄນ້ ທູ່ ກີ າໍ ນດົ ໃຫດ້ ວງຕາເວນັ 500nm , ເຄູ່ ອງຍນົ ໄອພນົ 3, 60m ແລະ ຈກັ ກະວານ 1, 06 nm . ວທິ ແີ ກ:້ ໃຊກ້ ດົ ເກນຂອງວນິ maxT 2,898103 mK ອຸນຫະພູມຂອງດວງຕາເວນັ T 2, 898 103 2, 898 103 5800K 5527 C max 500 109 ອຸນຫະພູມຂອງເຄູ່ ອງຍນົ ໄອພນົ T 2, 898 103 2, 898 103 805K 532 C max 3, 60106 ອຸນຫະພູມຂອງຈກັ ກະວານ T 2, 898 103 2, 898 103 2, 73K 270 C max 1, 06103 ຕວົ ຢູ່ າງ 1.3. ກ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ກີ ງົ ກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສສີ ະເປັກຕຣໍາມຄີ ູ່ າສູງສຸດຂອງອຸນຫະພູມ 20 C ທູ່ ີ ແຜູ່ ອອກມາເທູ່ າົ ໃດ? ຂ. ວດັ ຖຸຈະຕອ້ ງມອີ ຸນຫະພູມເທູ່ າົ ໃດ? ຈູ່ ງຶ ຈະເຮດັ ໃຫຄ້ ູ່ າສູງສຸດຂອງການແຜູ່ ລງັ ສສີ ະເປັກຕຣໍາເຄູ່ ອນ ເຂາົ້ ມາຢູ່ ູໃນຊູ່ ວງສແີ ດງ? ຄ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາອດັ ຕາສູ່ ວນຄູ່ າພະລງັ ງານທງັ ໝດົ ຂອງການແຜູ່ ລງັ ສໃີ ນໜູ່ ງຶ ຫວົ ໜູ່ ວຍເວລາຕູ່ ໍໜູ່ ງຶ ຫວົ ໜູ່ ວຍ ເນອ້ ທູ່ ໃີ ນຂໍ້ ກ ແລະ ຂໍ້ ຂ? ວທິ ແີ ກ:້ ກ. ອງົ ສາແຊນຊອີ ຸດປູ່ ຽນເປັນອງົ ສາແກນວນິ ຈະໄດ້ T 20 273 293K ນາໍ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ ກດົ ເກນການເລູ່ ອນຂອງວນິ ໄດ້ max 2,898103 / 293 9,89 106 m ຂ. ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງສແີ ດງຈະເທູ່ າົ max 650nm ຈາກສມົ ຜນົ ຂອງວນິ ຈະໄດ້ T 2,898103 / 650109 4460K ຄ. ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າພະລງັ ງານທງັ ໝດົ ຂອງການແຜູ່ ລງັ ສີໃນໜູ່ ງຶ ຫວົ ໜູ່ ວຍເວລາຕູ່ ໍໜູ່ ງຶ ຫວົ ໜູ່ ວຍເນອ້ ທູ່ ເີ ປັນ ອດັ ຕາສູ່ ວນພວົ ພນັ ກງົ ກບັ ອຸນຫະພູມຍກົ ກາໍ ລງັ ສູ່ ດີ ູ່ ງັ ໃນສມົ ຜນົ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ R2 / R 1 44604 2934 5,37 104 m2 T24 / T14 / W / 4
2. ທດິ ສະດຍີ ຸກເກູ່ າົ ກູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດາໍ ວດັ ຖຸດໍາໝາຍເຖງິ ວດັ ຖຸທູ່ ສີ າມາດແຜູ່ ຄວາມຮອ້ ນ ແລະ ດູດກນລງັ ສໄີ ດດ້ ທີ ູ່ ສີ ຸດ, ບູ່ ວໍ ູ່ າຈະເປັນລງັ ສຊີ ະນດິ ໃດກູ່ ໍ ຕາມເມູ່ ອສາຍແສງໃສູ່ ວດັ ຖຸດໍາແລວ້ ຈະບູ່ ມໍ ກີ ານສະທອ້ ນກບັ . ໃນຕນົ້ ສດັ ຕະວດັ ທີ 20 ທູ່ ານ Rayleigh ແລະ Jeans ໄດຄ້ ດິ ໄລູ່ ຄວາມໜາແໜນ້ ຂອງພະລງັ ງານທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ ຈາກວຖັ ຸດໍາ ໂດຍອງີ ໃສູ່ ທດິ ສະດກີ ູ່ ຽວກບັ ຄນ້ ແລະ ຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ຍຸກເກູ່ າົ , ຜນົ ທູ່ ຄີ ດິ ໄລູ່ ອອກມາໄດນ້ ນັ້ ປະກດົ ການທູ່ ວີ ູ່ າ ຂດັ ແຍູ່ ງກບັ ຜນົ ທູ່ ໄີ ດຈ້ າກການທດົ ລອງຢູ່ ູໃນບາງຊູ່ ວງຂອງຄວາມຖູ່ ກີ ານແຜູ່ ລງັ ສນີ ເີ້ ປັນຈດຸ ເລູ່ ມີ ຕນົ້ ທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫທ້ ດິ ສະດຟີ ີຊກິ ສາດຍຸກເກູ່ າົ ຕອ້ ງມກີ ານປັບປຸງພດັ ທະນາ. ໃນການຄດິ ໄລູ່ ຂອງ Rayleigh ແລະ Jeans, ພວກເຂາົ ເຈາົ້ ໄດໃ້ ຊທ້ ດິ ສະດຍີ ຸກເກູ່ າົ ໃນການພຈິ າລະນາວດັ ຖຸທູ່ ີ ເປັນໂລຫະໂຄູ່ ງ, ໂດຍເຮດັ ໃຫວ້ ດັ ຖຸດູ່ ງັ ກູ່ າວຮອ້ ນຂນຶ້ ຢູ່ າງສະໝູ່ ໍາສະເໝຈີ ນົ ມອີ ຸນຫະພູມ toC ໃດໜູ່ ງຶ ຈນົ ເຮດັ ໃຫ້ ເອເລກັ ຕຣອນຂອງໂລຫະເກດີ ການສູ່ ນັ ໄກວແລວ້ ກູ່ ໍປູ່ ອຍຄນ້ ໄຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ອອກມາ. ຢາກຄດິ ໄລູ່ ຄວາມໜາແໜນ້ ພະລງັ ງານ T (f ) ຈະຕອ້ ງຮູຈ້ ກັ ປະລມິ ານຕູ່ າງໆ ທູ່ ກີ ູ່ ຽວຂອ້ ງດູ່ ງັ ນ:ີ້ - ຈາໍ ນວນຄນ້ ຈງັ ໃນຊູ່ ວງຄວາມຖູ່ ີ f f df . - ພະລງັ ງານສະເລູ່ ຍຂອງຄນ້ ເຊູ່ ງິ ຕາມທດິ ສະດຍີ ຸກເກູ່ າົ ມນັ ຈະຂນຶ້ ກບັ ອຸນຫະພູມ T ຢູ່ າງດຽວ. - ບລໍ ມິ າດໃນສູ່ ວນໂຄູ່ ງຂອງວດັ ຖຸດໍາທູ່ ຈີ ະໃຊໃ້ ນການພຈິ າລະນາ. ເພູ່ ອຄວາມສະດວກໃນການຄດິ ໄລູ່ , Rayleigh ແລະ Jeans ໄດໃ້ ຊວ້ ດັ ຖຸໂຄູ່ ງທູ່ ເີ ປັນຮູບກອ້ ນສາກແຕູ່ ລະຂາ້ ງ ຍາວ a ມາສກຶ ສາເຊູ່ ງິ ຢູ່ ູທາງໃນໄດບ້ ນັ ຈຄຸ ນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ຈນົ ເຕມັ ແລະ ຄນ້ ເຫູ່ ຼາົ ນສີ້ ະທອ້ ນກບັ ໄປກບັ ມາເກດີ ເປັນ ຄນ້ ຈງັ ຂນຶ້ ສະແດງດູ່ ງັ ຮູບທີ 1.5 ລູ່ ຸມນ.ີ້ ຮູບທີ 1.5. ການເກດີ ຄນ້ ຈງັ້ ໃນຮູບກບັ ໂຄູ່ ງ. ທູ່ ງົ ໄຟຟາ້ ສໍາລບັ ຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ເີ ປັນຄນ້ ຈງັ້ ໃນໜູ່ ງຶ ມຕິ ຂິ ຽນເປັນສມົ ຜນົ ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ E x, t E0 sin 2x sin 2ft (1.5) ໃນນີ້ ເປັນຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ . f ເປັນຄູ່ າຄວາມຖູ່ ຂີ ອງຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ . E0 ເປັນລະດບັ ປູ່ ຽນສູ່ ນັ ໄກວສູງສຸດ (Amplitude) ຂອງທູ່ ງົ ໄຟຟາ້ . ຄວາມຖູ່ ີ f ແລະ ຄວາມຍາວຄນ້ ພວົ ພນັ ນາໍ ກນັ ຕາມສມົ ຜນົ 5
fc (1.6) ສມົ ຜົນ (1.5) ເປັນສມົ ຜົນຄນ້ ທູ່ ີມຄີ ູ່ າລະດບັ ສູ່ ນັ ໄກວສູງສຸດປູ່ ຽນແປງທູ່ ຕີ ັງ້ ແລະ ເວລາ, ຢູ່ ູທູ່ ຕີ ງັ້ ເຊູ່ ງິ ມກີ ານ ພວົ ພນັ ກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ຕາມສມົ ຜນົ 2x = 0, 1, 2…ຈະເປັນທູ່ ຕີ ງັ້ ຂອງປອ້ ງໃນຄນ້ ຈງັ້ ແລະ ທູ່ ຕີ ງັ້ ຂອງປອ້ ງ ບູ່ ຂໍ ນຶ້ ກບັ ເວລາ. ຮູບລກັ ສະນະຂອງຄນ້ ຈງັ້ ໃນໜູ່ ງຶ ມຕິ ທິ ູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ໃນວດັ ຖຸໂຄູ່ ງຄສະແດງ ດູ່ ງັ ໃນຮູບທີ 1.6 ລູ່ ຸມນ:ີ້ ຮູບທີ 1.6. ຄນ້ ຈງັ້ ຮູບກບັ ໂຄູ່ ງ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຄູ່ າຄວາມຖູ່ ທີ ູ່ ເີ ໝາະສມົ ສໍາລບັ ການເກດີ ຄນ້ ຈງັ້ ໃນໜູ່ ງຶ ມຕິ ຢິ ູ່ ູໃນບໍລມິ າດໂຄູ່ ງຂອງວດັ ຖຸເປັນໄປຕາມສມົ ຜນົ ລູ່ ຸມນ:ີ້ f cn (1.7) 2a ໃນນີ້ n = 1, 2, 3…ເອນີ້ ວູ່ າ ຈາໍ ນວນປອ້ ງ ຫຼ ທອ້ ງຂອງຄນ້ ຈງັ້ . ຖາ້ ໃຫ ້ N(f)df ເປັນຈໍານວນຄນ້ ທູ່ ີເກີດຂນຶ້ ຢູ່ ູໃນຊູ່ ວງຄວາມຖູ່ ີ f f df ຈາກສມົ ຜນົ (1.7) ເຮາົ ສາມາດ ຂຽນໃໝູ່ ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ N f df 2a df (1.8) c ກງົ ກບັ ແຕູ່ ລະຄູ່ າຄວາມຖູ່ ເີ ໝາະສມົ ດູ່ ງັ ກູ່ າວຈະມສີ ອງຄນ້ ທູ່ ມີ ຄີ ວາມເປັນເອກະລາດຕູ່ ກໍ ນັ ດູ່ ງັ ນນັ້ ຈະໄດ້ N f df 4a df (1.9) c ຖາ້ ພຈິ າລະນາໃນສາມມຕິ ເິ ຮາົ ຈະໄດກ້ ານພວົ ພນັ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ 2a nx ; 2a ny ; 2a nz (1.10) x y z ຈາໍ ນວນຄນ້ ທູ່ ກີ ງົ ກບັ ຄູ່ າຄວາມຖູ່ ທີ ູ່ ເີ ໝາະສມົ ພາຍໃນວດັ ຖຸໂຄູ່ ງສາມມຕິ ໃິ ນຊູ່ ວງຄວາມຖູ່ ແີ ຕູ່ f f df ມຄີ ູ່ າ: Nf df 8V f 2df (1.11) c3 ໃນນີ້ V = a3 ເປັນບໍລມິ າດຂອງວດັ ຖຸໂຄູ່ ງ. ຕາມທດິ ສະດີຍຸ ກເກູ່ ົາ, ພະລງັ ງານຂອງຄນ້ ຊະນດິ ໃດກູ່ ໍຕາມຈະມຄີ ູ່ າ ແຕູ່ ສູນຈນົ ເຖງິ ອະສງົ ໄຂ, ເຊູ່ ິງພາຍໃຕ້ ພາວະຄວາມດູ່ ຸນດູ່ ຽງທາງຄວາມຮອ້ ນແລວ້ ຄນ້ ຈງັ້ . ແຕູ່ ລະຄນ້ ຈະມກີ ານແລກປູ່ ຽນພະລງັ ງານຄວາມຮອ້ ນເຊູ່ ງິ ກນັ 6
ແລະ ກນັ , ຈນົ ກວູ່ າຈະຢູ່ ູໃນພາວະດູ່ ຸນດູ່ ຽງທງັ ລະບບົ . ພະລງັ ງານສະເລູ່ ຍຂອງຄນ້ ຈງັ ໃນວດັ ຖຸໂຄູ່ ງທງັ ໝດົ ຄດິ ໄລູ່ ຕາມສມົ ຜນົ ດູ່ ງັ ນ.ີ້ kT (1.12) ໃນນີ້ k 1,381023J / K ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Boltzmann. T ເປັນອຸນຫະພູມສາໍ ບູນໃນຂະນະທູ່ ວີ ດັ ຖຸຢູ່ ູພາວະດູ່ ຸນດູ່ ຽງທາງຄວາມຮອ້ ນ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຄູ່ າພະລງັ ງານຕູ່ ໍໜູ່ ງຶ ຫວົ ໜູ່ ວຍບໍລມິ າດໃນຊູ່ ວງຄວາມຖູ່ ີ f f df ຂອງສະເປັກຕຣໍາທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ ຈາກວດັ ຖຸດໍາໂຄູ່ ງຢູ່ ູທູ່ ອີ ຸນຫະພູມ T ໃດໜູ່ ງຶ ສາມາດຂຽນສມົ ຜນົ ໄດ:້ T f df 8f 2 df (1.13) c3 ສມົ ຜນົ (1.13) ເອນີ້ ວູ່ າສມົ ຜນົ ການແຜູ່ ລງັ ສໃີ ນວດັ ຖຸດໍາຂອງ Rayleigh-Jeans. ຮູບທີ 1.7. ເສນັ້ ສະແດງປຽບທຽບລະຫວູ່ າງຜນົ ການທດົ ລອງກບັ ການຄາດຄະເນຂອງ Rayleigh-Jeans. 3. ທດິ ສະດຂີ ອງ Planck ກູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດໍາ ຈາກຂໍຂ້ ດັ ແຍູ່ ງລະຫວູ່ າງຜນົ ການທດົ ລອງ ແລະ ທດິ ສະດຍີ ຸກເກູ່ າົ ກູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສຄີ ວາມຮອ້ ນຂອງວດັ ຖຸ ດໍາໄດເ້ ຮດັ ໃຫ້ Planck ພຈິ າລະນາຄນໃໝູ່ ກູ່ ຽວການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດາໍ ຕາມທດິ ສະດຟີ ີຊກິ ຍຸກເກູ່ າົ . ແຕູ່ ເຖງິ ຢູ່ າງ ໃດກູ່ ຕໍ າມທດິ ສະດຟີ ີຊກິ ຍຸກເກູ່ າົ ຍງັ ໃຊໄ້ ດ້ ແລະ ຖກຕອ້ ງໃນຊູ່ ວງຄວາມຖູ່ ຕີ ູ່ ໍາ. f0kT (1.14) ໝາຍຄວາມວູ່ າພະລງັ ງານລວມສະເລູ່ ຍຈະມຄີ ູ່ າເຂາົ້ ໃກ ້ kT ເມູ່ ອ f ເຂາົ້ ໃກສ້ ູນ. ສໍາລບັ ໃນກໍລະນຄີ ວາມຖູ່ ີສູງ, ສາມາດສາ້ ງສມົ ຜນົ ຂອງພະລງັ ງານໃຫເ້ ປັນໄປຕາມເງູ່ອນໄຂຄ: f0 (1.15) ຈາກເງູ່ອນໄຂທູ່ ກີ ູ່ າວມາຂາ້ ງເທງິ ນນັ້ , ເຮດັ ໃຫຜ້ ນົ ການທດົ ລອງ ແລະ ທດິ ສະດສີ ອດຄູ່ ອງກນັ ໄດ.້ ດູ່ ງັ ນນັ້ , Planck ຈູ່ ງຶ ສະເໜແີ ນວຄດິ ວູ່ າ ຄວນຈະສາ້ ງສມົ ຜນົ ຂອງພະລງັ ງານລວມສະເລູ່ ຍຄນໃໝູ່ ເພູ່ ອໃຫສ້ ອດຄູ່ ອງກບັ ສມົ ຜນົ (1.14) ແລະ (1.15) ພອ້ ມກນັ . ເມູ່ ອພຈິ າລະນາເຖງິ ຄວາມເປັນໄປໄດແ້ ລວ້ ພບົ ວູ່ າ ຄູ່ າດູ່ ງັ ກູ່ າວນຄີ້ ວນວເິ ຄາະໂດຍອາໄສພນ້ ຖານການກະຈາຍ ຂອງ Boltzmann ແລະ ທດິ ສະດເີ ດນີ ເຄູ່ ອນຂອງຟີຊກິ ແບບເກູ່ າົ ເຊູ່ ງິ ຢູ່ ູໃນຮູບແບບດູ່ ງັ ນ.ີ້ p d e/kT d (1.16) kT 7
ໃນນີ້ p()d ເປັນໂອກາດທູ່ ຈີ ະພບົ ປະລມິ ານໃດໜູ່ ງຶ ຂອງລະບບົ ທູ່ ມີ ພີ ະລງັ ງານຢູ່ ູໃນຊູ່ ວງດູ່ ງັ ລູ່ ຸມນ.ີ້ d , ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າຈາໍ ນວນຂອງລະດບັ ພະລງັ ງານສະເລູ່ ຍສາມາດຂຽນໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ p()d 0 (1.17) 0 p()d ເມູ່ ອແທນສມົ ຜນົ (1.16) ໃສູ່ (1.17) ແລວ້ ຄດິ ໄລສງັ ຄະນດິ ຈະໄດ້ kT ນຄີ້ ສມົ ຜນົ (1.12). ຈາກຄວາມ ພະຍາຍາມທູ່ ຈີ ະປັບປຸງທດິ ສະດກີ ູ່ ຽວກບັ ການແຜູ່ ລງັ ສີ, Planck ຈູ່ ງຶ ໄດສ້ ະເໜແີ ນວຄດິ ໃໝູ່ ຄຄູ່ າສະເລູ່ ຍຂອງພະ ລງັ ງານຕາມທດິ ສະດີ ຈະສອດຄູ່ ອງກບັ ຜນົ ການທດົ ລອງຕາມສມົ ຜນົ (1.13) ໄດກ້ ຕໍ ູ່ ໍເມູ່ ອກໍານດົ ພະລງັ ງານມຄີ ູ່ າບູ່ ໍຕູ່ ໍ ເນູ່ ອງ ໝາຍຄວາມວູ່ າພະລງັ ງານນມີ້ ຄີ ູ່ າ: 0, , 2, 3, 4,..... (1.18) ເຊູ່ ງິ ຈະເຫນັ ວູ່ າແນວຄວາມຄດິ ຂອງ Planck ແຕກຕູ່ າງກບັ ທດິ ສະດຟີ ີຊກິ ຍຸກເກູ່ າົ ຢູ່ ູບູ່ ອນວູ່ າ ພະລງັ ງານມຄີ ູ່ າບູ່ ໍຕູ່ ໍ ເນູ່ ອງຕາມທິດສະດີຟີຊກິ ຍຸກເກູ່ າົ ພະລງັ ງານບູ່ ໍຕູ່ ໍເນູ່ ອງຄຕງັ້ ແຕູ່ ສູນຈນົ ເຖງິ ອະສງົ ໄຂ. ຈາກແນວຄດິ ຂອງ Planck ສາມາດສະຫຸຼບໄດຄ້ ຖາ້ ∆ɛ ມຄີ ູ່ າຕູ່ ໍາ, ຄູ່ າສະເລູ່ ຍຂອງພະລງັ ງານຄ kT , ແຕູ່ ຖາ້ ∆ɛ ມີ ຄູ່ າສູງ, ຄູ່ າສະເລູ່ ຍຂອງ ພະລງັ ງານ ຈະເຂາົ້ ໃກສ້ ູນ ( kT ). ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຄູ່ າຂອງ ∆ɛ ຈະຕອ້ ງເປັນອດັ ຕາສູ່ ວນພວົ ພນັ ກບັ ຄວາມຖູ່ ຂີ ອງ ຄນ້ ໝາຍຄວາມວູ່ າ: f (1.19) ຫຼ h (1.20) ຄູ່ າສະເລູ່ ຍຂອງພະລງັ ງານສາມາດຂຽນເປັນສມົ ຜນົ ໄດ້ f ehf hf 1 (1.21) / kT ຈາກສມົ ຜົນ (1.21), ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ ehf /kT 1 (hf / kT) ເມູ່ ອ f 0 , ( hf / kT 0 ) ຈະເຫນັ ວູ່ າ (f ) kT . ສາລບັ ກໍລະນີ ( hf / kT ) ຄູ່ າ ehf /kT ສະນນັ້ , (f ) 0 . ສມົ ຜນົ ການແຜູ່ ລງັ ສຂີ ອງວດັ ຖຸດໍາຈູ່ ງຶ ຂຽນໃໝູ່ ໄດເ້ ປັນ T f df 8f 2 hf df (1.22) c3 ehf /kT 1 ສມົ ຜນົ (1.22) ເອນີ້ ວູ່ າ ສມົ ຜນົ ຂອງ Planck ກູ່ ຽວກບັ ສະເປັກຕຣໍາຂອງວດັ ຖຸດໍາ ເຊູ່ ງິ ສອດຄູ່ ອງກບັ ຜົນການ ທດົ ລອງໃນທຸກໆ ຄູ່ າຂອງອຸນຫະພູມ. ສມົ ຜນົ (1.22) ຍງັ ສາມາດຂຽນໃຫຢ້ ູ່ ູໃນຮູບແບບຂອງຄວາມຍາວຄນ້ ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ.ີ້ T d 8hc 1) (1.23) 5 (ehc/kBT 8
ຕວົ ຢູ່ າງ 1.4. ຈູ່ ງົ ພສິ ູດວູ່ າ (f ) hf 1 ehf /kT ວທິ ແີ ກ:້ ຈາກສມົ ຜນົ (1.17) ສາມາດຂຽນໃຫຢ້ ູ່ ູໃນຮູບຂອງຜນົ ບວກໄດເ້ ປັນ p n0 ແລະ ຈາກຄວາມບູ່ ໍຕູ່ ໍເນູ່ ອງຂອງພະລງັ ງານ p n0 ɛ = nhf ໂດຍທູ່ ີ n = 0, 1, 2 ,3… ແລະ ຈາກກດົ ເກນການກະຈາຍຂອງ Boltzmann ຄ p e/kT / kT ໄດຄ້ ູ່ າພະລງັ ງານສະເລູ່ ຍຄ nhf enhf /kT hf kT kT 1 enhf /kT nen n0 n0 ເມູ່ ອ kT n0 kT en n0 ແລະ ຈາກການພວົ ພນັ d d e n nen d ln en e n d n0 d n0 n0 d n0 en e n e n n0 n0 n0 ດູ່ ງັ ນນັ້ d d kT d ln d en hf d ln en n0 ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ en 1 e e2 e3 ..... 1 X X2 X3 .... ເຊູ່ ງິ ວູ່ າ X e ແຕູ່ ວູ່ າ 1 X 1 1 X X2 X3 ... hf d ln 1 e hf 2 e d 1 e ສະນນັ້ 1 1 1 e hfe hf 1 hf 1 e e ehf /kT 1 9
ບດົ ເຝິກຫດັ 1 1. ລູກໄກວໜູ່ ງຶ ມມີ ວນສານ 0,001 kg ມດັ ດວ້ ຍເຊອກຍາວ 0,1 cm, ເມູ່ ອໃຫລ້ ູກໄກວໆ ປາກດົ ວູ່ າສາຍເຊອກ ກາງອອກສູງສຸດເປັນມູມເທູ່ າົ 0,1 rad ທຽບກບັ ລວງຕງັ້ , ພະລງັ ງານຂອງລູກໄກວເລູ່ ມີ ຫຸຼດລງົ . ຖາມວູ່ າພະລງັ ງານທູ່ ີ ຫຸດຼ ລງົ ເຊູ່ ງິ ສງັ ເກດໄດນ້ ຈີ້ ະມຄີ ູ່ າຕູ່ ເໍ ນູ່ ອງຫຼບູ່ ໍ? ຕອບ: E 1033 J ຕູ່ ໍເນູ່ ອງ 2. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄູ່ າພະລງັ ງານສະເລູ່ ຍ ( ) ຂອງການສູ່ ນັ ໄກວໜູ່ ຶງທູ່ ີສູ່ ັນໄກວດວ້ ຍຄວາມຖູ່ ີ f kT ໂດຍໃຊ້ h ຫຼກັ ການຄດິ ໄລູ່ ຂອງ Planck. ຕອບ: 0,582kT 3. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ສູງສຸດທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາຈາກວດັ ຖຸດາໍ ທູ່ ມີ ອີ ຸນຫະພູມ ກ. T = 3 K ຂ. T = 300 K ຄ. T = 3000 K ຕອບ: ກ. 9, 66104 m ; ຂ. 9, 66106 m ; ຄ. 9, 66107 m 4. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາອຸນຫະພູມຂອງວດັ ຖຸດໍາໃນກລໍ ະນທີ ູ່ ສີ ະເປັກຕຣໍາຂອງມນັ ມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສູງສຸດ ກ. 700 nm ຂ. 3 cm ຄ. 3 m ຕອບ: ກ. T 4,14103K ; ຂ. T 9,66102 K ; ຄ. T 9,66104 K 10
ບດົ ທີ 2 ທດິ ສະດສີ າໍ ພນັ ທະພາບພເິ ສດ (Special Theory Of Relativity) 1. ສະພາບສໍາພນັ ທະພາບ ແລະ ກອບອາ້ ງອງີ ທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບ ເປັນພນ້ ຖານອນັ ສໍາຄນັ ຂອງວຊິ າຟີຊກິ ສາດຍຸກໃໝູ່ ເນອ້ ໃນສູ່ ວນໃຫຍູ່ ຂອງທດິ ສະດີ ເປັນເລູ່ ອງກູ່ ຽວກບັ ການວດັ ແທກເວລາ (Time) ແລະ ໄລຍະຫູ່ າງ (Space). ເມູ່ ອເອາົ ມາລວມເຂາົ້ ກັນເອນີ້ ວູ່ າ Space-time measurement ໂດຍມຜີ ູຄ້ ດິ ຄນົ້ ຄດິ ກູ່ ຽວກບັ ທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບພເິ ສດຄ ໄອສະຕາຍ (Albert Einstein) ເມູ່ ອປີ ຄ.ສ 1905 ເກີດຈາກເພູ່ ິນມີຄວາມຄດິ ວູ່ າເລູ່ ອງການວັດແທກເວລາທູ່ ີສໍາບູນ (Absolute measurement), ການວດັ ແທກທຸກຊະນດິ ຕອ້ ງສໍາພນັ ສູ່ ງິ ທູ່ ອີ າ້ ງອງີ ສະເໝ.ີ ຕູ່ ໍມາປີ ຄ.ສ 1915 ເພູ່ ນິ ໄດຕ້ ງັ້ ທດິ ສະ ດສີ ໍາພນັ ທະພາບທູ່ ວົ ໄປ (General of relativity) ສໍາລບັ ໃຊແ້ ກບ້ ນັ ຫາການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງກອບອາ້ ງອງີ ທູ່ ີເຄູ່ ອນທູ່ ີ ດວ້ ຍອດັ ຕາເລູ່ ງັ . ໃນຂະນະນນັ້ ວຊິ າກນົ ລະສາດຂອງນວິ ເຕນິ ເປັນວຊິ າທູ່ ອີ ະທບິ າຍໃນລະບບົ ມະຫາພາກ, ແຕູ່ ວູ່ າ ທດິ ສະດສີ າໍ ພນັ ທະພາບທູ່ ວົ ໄປສາມາດອະທບິ າຍກນົ ລະສາດໃນລະບບົ ຕງັ້ ແຕູ່ ຈນຸ ລະພາກຈນົ ເຖງິ ມາຫາພາກ. ການບອກສະຖານະການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງວດັ ຖຸ ຕູ່ າງໆ ຕອ້ ງບອກແກນອາ້ ງອງີ ເຊູ່ ນັ ວູ່ າ ຂະນະທູ່ ນີ ູ່ ງັ ລດົ ໄຟຂະບວນ ໜູ່ ງຶ ເມູ່ ອມກີ ານຈອດລຖໍ າ້ ສບັ ປູ່ ຽນລາງ ມກັ ຈະສງົ ໄສວູ່ າ ລດົ ໄຟຂະບວນໃດເຄູ່ ອນທູ່ ກີ ນັ ແທ,້ ຈະຕອ້ ງສງັ ເກດໄປທູ່ ີ ພນ້ ດນິ ຈູ່ ງຶ ຈະບອກໄດວ້ ູ່ າຂະນະນນັ້ ລດົ ໄຟຂະບວນໃດເຄູ່ ອນທູ່ ,ີ ຂະບວນໃດຢຸດໜິງ້ . ສະນນັ້ , ໃນທດິ ທາງຟີຊກິ ສາດການບອກຕໍາແໜູ່ ງ ແລະ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຈີ ະຕອ້ ງມລີ ະບບົ ແກນອາ້ ງອີງ ເຊູ່ ງິ ປະກອບມີ 2 ແບບຄ ລະບບົ ແກນ ຕງັ້ ສາກ ແລະ ລະບບົ ແກນນອນ. ໃນນຈີ້ ະໃຊລ້ ະບບົ ແກນຕງັ້ ສາກ ແຕູ່ ເພູ່ ມີ ມຕິ ຂິ ອງເວລາເຂາົ້ ນາໍ , ໂດຍການບອກ ຕໍາແໜູ່ ງຂອງເຫດການ ຫຼ ວດັ ຖຸນນັ້ ຢູ່ ູໃນຮູບຂອງ r(t) f (x, y, z, t) ແລະ ຄວາມໄວ dr (t) . dt ດູ່ ງັ ນນັ້ , ສະພາບສໍາພນັ ທະພາບ ແລະ ແກນອາ້ ງອງີ ຈູ່ ງຶ ເປັນສູ່ ງິ ສໍາຄນັ . ເມູ່ ອໜູ່ ວຍໂລກປູ່ ິນອອ້ ມຕວົ ມນັ ເອງໃຊ້ ເວລາ 1 ມ ້ ແລະ ໂຄຈອນອອ້ ມດວງຕາເວນັ ໃຊເ້ ວລາ 1 ປີ ຈະເຫນັ ວູ່ າໜູ່ ວຍໂລກບູ່ ໄໍ ດຢ້ ຸດໜງິ້ , ແຕູ່ ມະນຸດທູ່ ອີ າໄສ ເທງິ ໜາ້ ໂລກກບັ ເຫນັ ໜູ່ ວຍໂລກຢຸດໜງິ້ . ສະນນັ້ , ໜູ່ ວຍໂລກເປັນກອບອາ້ ງອີງທູ່ ເີ ຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວຄງົ ທູ່ ີ. ລກັ ສະນະນີ້ ໜູ່ ວຍໂລກເປັນກອບອາ້ ງອງີ ຢູ່ າງໜູ່ ງຶ ຄ ກອບອາ້ ງອງີ ເສູ່ ອຍ (ອາ້ ງອງີ ທູ່ ີຊາ້ ໆ). ໃນລກັ ສະນະດຽວກນັ ລດົ ຫຼ ລດົ ໄຟທູ່ ເີ ຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວຄງົ ທູ່ ນີ ນັ້ ກໍເປັນກອບອາ້ ງອງີ ເສູ່ ອຍເຊູ່ ນັ ກນັ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , ກດົ ເກນຕູ່ າງໆ ທາງຟີ ຊກິ ສາດເຊູ່ ນັ ກດົ ເກນການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງນວິ ເຕນິ ແລະ ກດົ ເກນການຮກັ ສາໂມເມນັ ຕໍາຈະມຮີ ູບແບບຄກນັ ໝດົ . 2. ການແປງແບບ Galileo 2.1. ເຫດການ ແລະ ຕວົ ປະສານ ເຫດການແມູ່ ນສູ່ ິງທູ່ ີເກີດຂນຶ້ ແບບບັງເອີນ ໂດຍທູ່ ີເຮາົ ບູ່ ໍໄດຄ້ າດຄິດໄວກ້ ູ່ ອນເຊູ່ ນັ ຟ້າແມັບຟ້າເຫຼອ້ ມ ຂະບວນການປະທະກນັ ລະຫວູ່ າງວດັ ຖຸສອງອນັ , ແຕູ່ ເຫດການທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ນນັ້ ຈະສາມາດກໍານດົ ທູ່ ຕີ ງັ້ ໃນກາງຫາວ ແລະ ພາຍໃນຈດຸ ເວລາທູ່ ແີ ນູ່ ນອນໃດໜູ່ ງຶ . ຜູສ້ ງັ ເກດການສາມາດກໍານດົ ເຫດການໃດໜູ່ ງຶ ໄດດ້ ວ້ ຍການກໍານດົ ຕວົ ປະ ສານໃຫກ້ ບັ ເຫດການດູ່ ງັ ກູ່ າວດວ້ ຍຕວົ ປະສານ 4 ຕວົ , ໃນນນັ້ 3 ຕວົ ປະສານໃຊເ້ ພູ່ ອກໍານດົ ທູ່ ຕີ ງັ້ ຂອງເຫດການໃນ ກາງຫາວ ເຊູ່ ງິ ກໍານດົ ຈາກໄລຍະຫູ່ າງແຕູ່ ບູ່ ອນເກດີ ເຫດການຫາຈດຸ ຂອງຜູສ້ ງັ ເກດການທູ່ ກີ ໍານດົ ໃຫເ້ ປັນຈດຸ ເຄາົ້ ແລະ 11
ອກີ ໜູ່ ງຶ ຕວົ ປະສານໃຊກ້ ໍານດົ ກູ່ ຽວກບັ ເວລາຂອງເຫດການ, ຄຊູ່ ວງເວລາທູ່ ີເຫດການເກີດຂນຶ້ ເຊູ່ ງິ ຜູສ້ ງັ ເກດການ ບນັ ທກຶ ໄວໄ້ ດ.້ ສມົ ມຸດວູ່ າ ມຜີ ູສ້ ງັ ເກດການ 2 ຄນົ O ແລະ O’ ໂດຍສມົ ມຸດວູ່ າໃຫ້ O’ ເຄູ່ ອນທູ່ ີໄປຕາມແກນ x ດວ້ ຍ ຄວາມໄວ v ໃດໜູ່ ງຶ ທຽບກບັ O. ຮູບທີ 2.1. ສະແດງລກັ ສະນະການເຄູ່ ອນທູ່ ແີ ບບທຽບຖານຕູ່ ກໍ ນັ . ຜູສ້ ງັ ເກດການທງັ ສອງຕອ້ ງຕງັ້ ເວລາໃຫກ້ ງົ ກນັ ເພູ່ ອເຮດັ ໃຫຈ້ ດຸ ກໍານດົ ເລູ່ ມີ ຕນົ້ x=x’=0 ມເີ ວລາ t=t’=0. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ບູ່ ໍວູ່ າເຫດການໃດກູ່ ໍຕາມທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ລວ້ ນແຕູ່ ຈະຕອ້ ງໄດກ້ ໍານດົ ດວ້ ຍຕວົ ປະສານທງັ ໝດົ 8 ຕວົ , ໃນນນັ້ 4 ຕວົ ປະສານ x, y, z, t ສໍາລບັ O ແລະ 4 ຕວົ ປະສານ x’, y’, z’, t’ ສາໍ ລບັ O’. 2.2. ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Galileo ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Galileo ເປັນເລູ່ ອງທູ່ ີຢູ່ ູໃກໆ້ ກບັ ຕວົ ເຮາົ ຫຼາຍທູ່ ີສຸດ. ສາມາດພບົ ເຫນັ ຢູ່ ູໃນ ຊວີ ດິ ປະຈາໍ ວນັ . ສມົ ມຸດໃຫມ້ ກີ ອບອາ້ ງອງີ 2 ກອບຄ S ແລະ S’ ວາງໄວເ້ ຕງັ ກນັ (ຊອ້ ນກນັ ) ຢູ່ ູທູ່ ີເວລາໃນກອບ ອາ້ ງອງີ S ເປັນ t = O ແລະ ໃນກອບອາ້ ງອງີ S’ ເປັນ t’ = O ດູ່ ງັ ຮູບ 2.2 ລູ່ ຸມນ:ີ້ ຮູບທີ 2.2. ກອບອາ້ ງອງີ . ກອບອາ້ ງອີງ S ແລະ S’ ຊອ້ ນກັນຢູ່ ູ, ຫຼງັ ຈາກນນັ້ ກອບອາ້ ງອີງ S’ ເລູ່ ມີ ເຄູ່ ອນທູ່ ີໄປທາງຂວາມດວ້ ຍ ຄວາມໄວຄງົ ທູ່ ີ v = Constant ເຊູ່ ງິ ການເຄູ່ ອນທູ່ ີກູ່ ໍຢູ່ ູໃນແນວແກນ xx’ ໂດຍທັງ 2 ກອບອາ້ ງອີງມີຜູສ້ ັງເກດ ເຫດການທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ຄາ້ ຍຄກອບອາ້ ງ S ຄ ໜູ່ ວຍໂລກມຜີ ູສ້ ງັ ເກດເທງິ ໜູ່ ວຍໂລກກອບອາ້ ງອງີ S’ ເປັນລດົ ໄຟ ມຜີ ູ ້ ສງັ ເກດຢູ່ ູໃນລດົ ໄຟ, ຜູສ້ ງັ ເກດທງັ ສອງ ເຫນັ ເຫດການທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ໃນລດົ ໄຟ ໃຫເ້ ປັນເດກັ ນອ້ ຍກໍາລງັ ຫຍອກກນັ ໂດຍຜູສ້ ງັ ເກດທງັ ສອງກອບອາ້ ງອງີ ເລູ່ ມີ ຈບັ ເວລາພອ້ ມກນັ . 12
ຮູບທີ 2.3. ກອບອາ້ ງອງີ 2 ກອບແຍກກນັ . ແບບຕງັ້ ການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງບນັ ດາຕວົ ປະສານ (x, y, z, t) ໃນລະບບົ ອາ້ ງອີງ O ແລະ ບນັ ດາຕວົ ປະ ສານ (x’, y’, z’, t’) ໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ O’ ສາມາດຂຽນໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ x’ = x-vt (2.1) y’ = y z’ = z t’ = t ສມົ ຜນົ (2.1) ເອນີ້ ວູ່ າ ສມົ ຜນົ ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Galileo. 2.3. ການແປງຄວາມໄວແບບ Galileo ການກໍານດົ ຕວົ ປະສານຂອງວດັ ຖຸໃດໜູ່ ງຶ ເຊູ່ ງິ ກໍາລງັ ເຄູ່ ອນທູ່ ີເປັນບນັ ຫາທູ່ ີສໍາຄນັ ແຕູ່ ໃນຂະນະດຽວກນັ ການຊອກຫາຄວາມໄວຂອງວດັ ຖຸດູ່ ງັ ກູ່ າວນນັ້ ກູ່ ມໍ ຄີ ວາມຈາໍ ເປັນ. ບນັ ດາຜູສ້ ງັ ເກດການ O ແລະ O’ ເຮາົ ສາມາດມະ ໂມພາບຄວາມໄວຂອງອະນຸພາກໃດໜູ່ ງຶ ດວ້ ຍ 3 ຄວາມໄວພາກສູ່ ວນຄ ຄວາມໄວ (ux, uy, uz) ວດັ ແທກໂດຍ O ແລະ (u’x, u’y, u’z) ວດັ ແທກໂດຍ O’. ເຮາົ ສາມາດສາ້ ງແບບຕງັ້ ການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງສອງກູ່ ຸມຄວາມໄວພາກ ສູ່ ວນດູ່ ງັ ກູ່ າວໄດດ້ ວ້ ຍການເອາົ ຕໍາລາຂນັ້ ໜູ່ ງຶ ຂອງສມົ ຜນົ ຕາມເວລາ. ຈາກ x’ = x – vt ເຮາົ ຂຽນໄດ້ u ' dx' d x vt dt dx v 1 ux v x dt ' dt dt ' dt ໂດຍທູ່ ວົ ໄປສມົ ຜນົ ແປງຄວາມໄວແບບ Galileo ຂຽນໄດເ້ ປັນ: u’x = ux – v u’y = uy (2.2) u’z = uz ສມົ ຜນົ (2.2) ເອນີ້ ວູ່ າ ສມົ ຜນົ ການປູ່ ຽນແປງຄວາມໄວແບບ Galileo. 2.4. ການແປງອດັ ຕາເລູ່ ງັ ແບບ Galileo ອດັ ຕາເລູ່ ງັ ຂອງເມດັ ອະນຸພາກໃດໜູ່ ຶງເປັນຜົນຕໍາລາຂນັ້ ໜູ່ ງຶ ຂອງຄວາມໄວຕາມເວລາ, ໝາຍຄວາມວູ່ າ a du ຖາ້ ພຈິ າລະນາຕາມແກນ x ກໍຈະສາມາດຂຽນໄດ ້ ax du x . ດູ່ ງັ ນນັ້ , ເມູ່ ອເອາົ ຜົນຕໍາລາຂນັ້ ໜູ່ ງຶ ຂອງ dt dt ສມົ ຜນົ (2.2) ຕາມເວລາ ໂດຍທູ່ ກີ າໍ ນດົ ໃຫ້ t’ = t ແລະ ຄວາມໄວ v ເປັນຕວົ ຄງົ ຄູ່ າກໍຈະໄດ:້ a’x = ax (2.3) a’y = ay 13
a’z = az t’ = t ສມົ ຜນົ (2.3) ເອນີ້ ວູ່ າ ສມົ ຜນົ ການແປງອດັ ຕາເລູ່ ງັ ແບບ Galileo. ຕວົ ຢູ່ າງ 2.1. ໃນຂະນະທີ t’= t = 0, ຄນົ ໂດຍສານຜູໜ້ ູ່ ຶງນູ່ ງັ ໃນຕູລ້ ົດໄຟ ເຊູ່ ງິ ກໍາລງັ ເຄູ່ ອນທູ່ ີດວ້ ຍຄວາມໄວບູ່ ໍ ປູ່ ຽນແປງ v = 30 m/s ໄປຜູ່ ານຕູ່ ໜໍ າ້ ຂອງຜູສ້ ງັ ເກດການທູ່ ຢີ ນຢູ່ ູໃນສະຖານນລີ ດົ ໄຟ. ຫຼງັ ຈາກນນັ້ 20 ວິ ນາທຕີ ູ່ ໍມາ ຜູສ້ ງັ ເກດການຢນຢູ່ ູໃນສະຖານດີ ູ່ ງັ ກູ່ າວຫຼຽວເຫນັ ນກົ ບນິ ໄປຕາມທດິ ທາງດຽວກນັ ກບັ ທດິ ທາງຂອງຂະບວນລດົ ໄຟ ແລະ ຢູ່ ູຫູ່ າງຈາກສະຖານມີ ໄີ ລຍະ 800 m. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຕວົ ປະສານຂອງນກົ ໂຕນນັ້ ທຽບກບັ ຜູໂ້ ດຍສານທູ່ ນີ ູ່ ງັ ຢູ່ ູໃນຕູ ້ ລດົ ໄຟຂະບວນດູ່ ງັ ກູ່ າວ. ວທິ ແີ ກ:້ ຕວົ ປະສານຂອງນກົ ສາໍ ລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການທູ່ ຢີ ນຢູ່ ູໃນສະຖານນລີ ດົ ໄຟແມູ່ ນ (x, y, z, t) = (800 m, 0, 0, 20 s) ໄລຍະຫູ່ າງ x’ ແຕູ່ ລດົ ໄຟຫານກົ ວດັ ແທກຜູໂ້ ດຍສານທູ່ ຢີ ູ່ ູໃນຕູລ້ ດົ ໄຟແມູ່ ນ x’ = x – vt = 800 m - 30 m/s x 20 s = 200 m. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຕວົ ປະສານຂອງນກົ ສໍາລບັ ຜູໂ້ ດຍສານທູ່ ຢີ ູ່ ູໃນລດົ ໄຟແມູ່ ນ (x’, y’, z’, t’) = (200 m, 0, 0, 20 s). ຕວົ ຢູ່ າງ 2.2. ເດກັ ນອ້ ຍຜູໜ້ ູ່ ງຶ ນູ່ ງັ ຢູ່ ູໃນລດົ ລໍ້ ເຊູ່ ງິ ກໍາລງັ ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປຕາມໜາ້ ພຽງດວ້ ຍຄວາມໄວບູ່ ໍປູ່ ຽນແປງ v=30 m/s. ໄດໂ້ ຍນໝາກບຂີ ນຶ້ ຕາມທດິ ຕງັ້ ສາກກບັ ໜາ້ ພຽງດວ້ ຍຄວາມໄວທໍາອດິ 6 m/s. ຈູ່ ງົ ຂຽນສມົ ຜນົ ການເຄູ່ ອນທູ່ ີ ຂອງໝາກບທີ ຽບກບັ ເດກັ ນອ້ ຍ ແລະ ທຽບກບັ ຜູທ້ ູ່ ຢີ ນຢູ່ ູໜາ້ ດນິ . ວທິ ແີ ກ:້ ການເຄູ່ ອນທູ່ ີຂອງໝາກບທີ ຽບກບັ ເດກັ ນອ້ ຍ, ໝາກບເີ ຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ນຶ້ ຕາມທດິ ຕງັ້ ແລວ້ ຕກົ ລງົ ມາ, ສມົ ຜນົ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຈີ ູ່ ງຶ ຂຽນໃນຮູບດູ່ ງັ ນ:ີ້ y’ = v0t’ + 1 at’2 = 6 t’ + 1 (-10)t’2 = 6t’–5t’2 2 2 x’ = z’ = 0 ໃນນີ້ ກໍານດົ ໃຫ້ a = g. ສໍາລບັ ຜູທ້ ູ່ ຢີ ນຢູ່ ູໜາ້ ດນິ , ນາໍ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Galileo ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ.ີ້ t’ = t x = x’ + vt = 0 + 30t y = y’ = 6t–5t2 z = z’ = 0 3. ຂໍສ້ ມົ ມຸດຖານຂອງ Einstein 3.1. ກາງຫາວເດດັ ຖານ ແລະ ອາກາດທາດ ຈາກແບບຕງັ້ ການແປງຄວາມໄວແບບ Galileo ເຮາົ ເຫນັ ວູ່ າ, ຖາ້ ຜູສ້ ງັ ເກດ O ເຫນັ ສນັ ຍານແສງໃດໜູ່ ງຶ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ ກບັ ຄວາມໄວຂອງແສງທູ່ ສີ ູນອາກາດຄ c 3108 m / s , ຜູສ້ ງັ ເກດການຄນົ ອູ່ ນໆ ເຊູ່ ງິ ເຄູ່ ອນທູ່ ທີ ຽບກບັ O’ ຈະເຫນັ ສນັ ຍານແສງດູ່ ງັ ກູ່ າວນນັ້ ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປດວ້ ຍຄວາມໄວຕູ່ າງກບັ c. ຖາ້ ເປັນດູ່ ງັ ນນັ້ , ເຮາົ ຈະເອາົ ອນັ ໃດມາເປັນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ເພູ່ ອໃຫບ້ ນັ ດາຜູສ້ ງັ ເກດການທູ່ ຕີ ດິ ພນັ ກບັ ລະບບົ ອາ້ ງອງີ ດູ່ ງັ ກູ່ າວນສີ້ າມາດເຫນັ ສນັ ຍານແສງທຸກໆສນັ ຍານເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປດວ້ ຍຄວາມໄວ c. 14
ກູ່ ອນຍຸກສະໄໝຂອງ Einstein ນກັ ວທິ ະຍາສາດກໍເລີຍໄດຍ້ ອມຮບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການທູ່ ີທຽບກບັ ລະບບົ ອາ້ ງອີງດູ່ ງັ ທູ່ ີກູ່ າວມານນັ້ ເປັນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ເຊູ່ ງິ ສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການເອງແລວ້ ສມົ ຜນົ Maxwell ກໍຍງັ ຖກຕອ້ ງ. ສມົ ຜນົ Maxwell ໃຊອ້ ະທບິ າຍທດິ ສະດໄີ ຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ແລະ ຄາດວູ່ າບນັ ດາຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປດວ້ ຍ ຄວາມໄວ c 1 3108 m / s . 0 0 ກາງຫາວເຊູ່ ງິ ຢູ່ ູຄງົ ທູ່ ີທຽບກບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການເອນີ້ ວູ່ າ: ກາງຫາວເດດັ ຖານ, ຜູສ້ ງັ ເກດການຄນົ ອູ່ ນໆເຊູ່ ງິ ທຽບກບັ ກາງຫາວເດດັ ຖານດູ່ ງັ ກູ່ າວຈະຕອ້ ງເຫນັ ສນັ ຍານແສງເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວຕູ່ າງກບັ c. ຈາກທດັ ສະນະນີ້ ວູ່ າ ແສງເປັນຄນ້ ໄຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ , ບນັ ດານກັ ຟີຊກິ ສາດໃນສດັ ຕະວດັ ທີ 19 ໄດສ້ ມົ ມຸດຖານວູ່ າ ຈະຕອ້ ງມແີ ວດລອ້ ມ ເພູ່ ອໃຫແ້ ສງເຄູ່ ອນທູ່ ີຜູ່ ານໄປ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຈູ່ ງຶ ສາ້ ງຂໍສ້ ມົ ມຸດນຂີ້ ນຶ້ ມາ ແວດລອ້ ມທູ່ ີກູ່ າວມານນັ້ ເອນີ້ ວູ່ າ ອາກາດທາດ (Ether) ເຊູ່ ງິ ມນັ ໄດກ້ ະຈາຍໄປທູ່ ວົ ກາງຫາວເດດັ ຖານ, ແຕູ່ ຄໍາຖາມກູ່ ໍມຢີ ູ່ ູວູ່ າ ອາກາດທາດທູ່ ກີ ູ່ າວມານນັ້ ຈະມຈີ ງິ ຫຼ ບູ່ ?ໍ 3.2. ການທດົ ລອງຂອງ Michelson-Morley ຖາ້ ແວດລອ້ ມອາກາດທາດມຈີ ງິ , ຜູສ້ ງັ ເກດການທຸກຄນົ ທູ່ ຢີ ູ່ ູເທງິ ໜາ້ ໂລກ ເຊູ່ ງິ ໜູ່ ວຍໂລກເຄູ່ ອນທູ່ ໃີ ນແວດ ລອ້ ມອາກາດທາດ ກໍລວ້ ນແຕູ່ ຖກກະທບົ ດວ້ ຍລມົ ອາກາດທາດ. ປີ ຄ.ສ 1881 ທູ່ ານ Michelson ໄດເ້ ຮດັ ການ ທດົ ລອງເພູ່ ອພສິ ູດວູ່ າ ອາກາດທາດມຈີ ງິ ຫຼບູ່ ໍ? ໃນປີ ຄ.ສ 1887 ທູ່ ານ Michelson ແລະ ທູ່ ານ Morley ໄດປ້ ັບ ປຸ ງອຸ ປະກອນການທດົ ລອງຂອງ Michelson ໃຫມ້ ຄີ ວາມແມູ່ ນຢາສູງຂນຶ້ ເພູ່ ອໃຊວ້ ດັ ແທກການເຄູ່ ອນທູ່ ີຂອງ ໜູ່ ວຍໂລກທຽບກບັ ອາກາດທາດ. ແຜນວາດການທດົ ລອງຂອງ Michelson-Morley ຄດູ່ ງັ ສະແດງໃນຮູບ 2.4 ຜນົ ການທດົ ລອງປະກດົ ວູ່ າບູ່ ໍພບົ ອາກາດທາດແຕູ່ ຢູ່ າງໃດເລຍີ . ຮູບທີ 2.4. ແຜນວາດການທດົ ລອງຂອງ Michelson-Morley. ປີກ A ຂະໜານກບັ ທດິ ຂອງລມົ ອາກາດທາດ, ປີກ B ຕງັ້ ສາກກບັ ທດິ ທາງຂອງລມົ ອາກາດທາດ. ໃນປີກ A: ເວລາທູ່ ຕີ ອ້ ງການເພູ່ ອໃຫແ້ ສງເຄູ່ ອທູ່ ຈີ າກ O ໄປຮອດແວູ່ ນ A ເທູ່ າົ lA , ເວລາທູ່ ຕີ ອ້ ງການ cv ໃຫແ້ ສງກບັ ຄນຈາກແວູ່ ນ A ມາຫາ O ເທູ່ າົ lA ແລະ ເວລາທງັ ໝດົ (ໄປ ແລະ ກບັ ) ທູ່ ແີ ສງເຄູ່ ອນທູ່ ໃີ ນປີກ A cv lA lA 2lA / c cv cv 1 v2 / c2 ເທູ່ າົ ກບັtA . 15
ໃນປີກ B: ເວລາທູ່ ີຕອ້ ງການເພູ່ ອໃຫແ້ ສງເຄູ່ ອນທູ່ ີຈາດ O ໄປຮອດແວູ່ ນ B ເທູ່ ົາ lB , ເວລາທູ່ ີ c2 v2 ຕອ້ ງການ ເພູ່ ອໃຫແ້ ສງກບັ ຄນຈາກແວູ່ ນ B ມາເຖງິ O ເທູ່ າົ lB ແລະ ເວລາທງັ ໝດົ (ໄປ ແລະ ກບັ ) ທູ່ ີ c2 v2 lB 2lB / c c2 v2 1 v2 c2 ແສງເຄູ່ ອນທູ່ ໃີ ນປີກ B ເທູ່ າົ ກບັ tB . ຖາ້ ສມົ ມຸດວູ່ າ v/c << 1, tA ແລະ tB ສາມາດກະຈາຍຕາມ v2/c2 ແລະ ເອາົ ເກອບຖກຂນັ້ ໜູ່ ງຶ ຈະໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ tA2lA 2lB c 1 v2 / c2 ແລະ tB c 1 v2 / 2c2 ດູ່ ງັ ນນັ້ tA tB 2lA lB 2lA v2 lBv2 c3 c3 c ຖາ້ ເຮາົ ໝນູ ລະບບົ ການທດົ ລອງໄປມູມ 90 , ປີກ A ແລະ B ຈະປູ່ ຽນບູ່ ອນເຊູ່ ງິ ກນັ ແລະ ກນັ , ຜນົ ລບົ ຂອງເວລາຂະນະນສີ້ າມາດຂຽນໄດ.້ ' 2(lA lB ) 2lA v2 lBv2 c c3 c3 ໃນກອ້ ງຊູ່ ອງຈະສງັ ເກດເຫນັ ການເຄູ່ ອນຂອງຂດີ ເງາົ ສອດສະຫບຼັ ດວ້ ຍປະລມິ ານໃດໜູ່ ງຶ ເຊູ່ ງິ ຄດິ ໄລູ່ ຕາມສມົ ຜນົ : N ' c ' lA lB v2 T c2 ໃນນ,ີ້ T ແລະ λ ແມູ່ ນເວລາຮອບວຽນ ແລະ ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງແສງຕາມລໍາດບັ ໃນການທດົ ລອງຂອງ Michelson ໄດໃ້ ຊ້ lA lB 1, 2m λ= 590 nm v2/c2 = 10-8 ຜນົ ທູ່ ໄີ ດຈ້ າກການຄດິ ໄລູ່ ຄ ∆N ≈ 0,04 ແຕູ່ ຜນົ ການທດົ ລອງພບົ ວູ່ າບູ່ ໍມກີ ານເລູ່ ອນຂອງຂດີ ເງາົ ສອດສະຫຼບັ ແຕູ່ ຢູ່ າງໃດເລຍີ (∆N = 0). ຕູ່ ມໍ າການທດົ ລອງຂອງ Michelson-Morley ໄດໃ້ ຊຄ້ ູ່ າ lA lB 11m λ= 590 nm v2/c2 = 10-8 ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຜນົ ທູ່ ໄີ ດຈ້ າກການຄດິ ໄລູ່ ຄ ∆N ≈ 0,4. ສະນນັ້ , ນກັ ວິທະຍາສາດຈູ່ ງຶ ສະຫຸຼບວູ່ າ ໃນກາງຫາວເດດັ ຖານບູ່ ໍມອີ າກາດທາດດູ່ ງັ ທູ່ ີໄດສ້ ົມມຸດ ແລະ ຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນອາກາດຈູ່ ງຶ ບູ່ ໍຂນຶ້ ກບັ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງຜູສ້ ງັ ເກດ ຫຼ ບູ່ ໍຂນຶ້ ກບັ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງບູ່ ໍກໍາເນດີ ແສງໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ອງ້ ຕງ້ ເລຍີ . ອກີ ດາ້ ນໜູ່ ງຶ ຖາ້ ອາກາດມທີ າດຈງິ , ເນູ່ ອງຈາກຄວາມໄວການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງໜູ່ ວຍໂລກເທງິ ເສນັ້ ໂຄຈອນ ຂອງມນັ ແມູ່ ນ 3104 m / s , ອຸ ປະກອນທດົ ລອງຂອງ Michelson-Morley ມຄີ ວາມຊດັ ເຈນພໍທູ່ ີຈະບນັ ທຶກ 16
ການເຄູ່ ອນທູ່ ີຂອງອາກາດທາດໄດ.້ ແຕູ່ ຜນົ ການທົດລອງພດັ ບູ່ ໍພົບເຫນັ ການເຄູ່ ອນຂອງຂີດເງາົ ສອດສະຫຼັບແຕູ່ ຢູ່ າງໃດເລຍີ . ຕວົ ຢູ່ າງ 2.3. ໃນຊຸດອຸປະກອນການທດົ ລອງຂອງ Michelson-Morley ໃຫ ້ lA lB 11m ແລະ ໃຊແ້ ສງໂຊ ດຽມທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ 5900 A . ຕາມການຄດິ ໄລູ່ , ຖາ້ ໃຊອ້ ຸປະກອນດູ່ ງັ ກູ່ າວນຈີ້ ະສາມາດເຫນັ ຂດີ ເງາົ ສອດ ສະຫຼບັ ເລູ່ ອນໄປປະມານ 0,005 ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມໄວຕູ່ ໍາສຸດຂອງໜູ່ ວຍໂລກທຽບກບັ ແວດລອ້ ມອາກາດທາດທູ່ ອີ ຸ ປະກອນນສີ້ າມາດບນັ ທກຶ ໄດ.້ ວທິ ແີ ກ:້ ນາໃຊສ້ ມົ ຜນົ N lA lB v2 2lv2 c2 c2 ແທນຄູ່ າ 0, 005 211 v2 59001010 3108 v 3, 47103m / s 3.3. ຂໍສ້ ມົ ມຸດຂອງ Einstein ຄວາມຄດິ ຂອງ Einstein ຜູສ້ ງັ ເກດການທຸກຄນົ ເຊູ່ ງິ ກໍາລງັ ເຄູ່ ອນທູ່ ໂີ ດຍບູ່ ໍມອີ ດັ ຕາເລູ່ ງັ ຈະຕອ້ ງມຄີ ວາມ ສະເໝພີ າບກນັ ໝດົ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , Einstein ຈູ່ ງຶ ຕງັ້ ຂໍສ້ ມົ ມຸດຂນຶ້ ມາ ແລະ ເອນີ້ ວູ່ າຂໍສ້ ມົ ມຸດຂອງ Einstein ເຊູ່ ງິ ມເີ ນອ້ ໃນດູ່ ງັ ນ:ີ້ ຂໍສ້ ມົ ມຸດທີ 1: ບນັ ດາກດົ ເກນຟີຊກິ ສາດຈະບູ່ ໍມກີ ານປູ່ ຽນແປງ (ຢູ່ ູໃນແບບຮູບດຽວກນັ ) ສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການທຸກຄນົ ເຊູ່ ງິ ກໍາລງັ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມອງ້ ຕງ້ . ກດົ ເກນການເຄູ່ ອນຂອງ Newton ໄດສ້ ອດຄູ່ ອງເປັນຢູ່ າງດກີ ບັ ທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບ, ແຕູ່ ບນັ ດາສມົ ຜນົ ຂອງ Maxwell ແລະ ການແປງແບບ Galileo ພດັ ມກີ ານຂດັ ແຍູ່ ງກບັ ຂສໍ້ ມົ ມຸດດູ່ ງັ ກູ່ າວ. ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າເຮາົ ຍງັ ບູ່ ໍສາມາດຊອກຫາສາເຫດຂອງຄວາມແຕກຕູ່ າງທູ່ ເີ ປັນພນ້ ຖານລະຫວູ່ າງບນັ ດາກດົ ເກນການເຄູ່ ອນທູ່ ີ ແລະ ບນັ ດາ ກດົ ເກນເກນໃນໄຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ . ສະນນັ້ , Einstein ຈູ່ ງຶ ໄດສ້ າ້ ງຂໍສ້ ມົ ມຸດທີ 2 ຂນຶ້ ມາ. ຂໍສ້ ມົ ມຸດທີ 2: ສໍາລບັ ທຸກໆຜູສ້ ງັ ເກດການ ເຊູ່ ງິ ກໍາລງັ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມອງ້ ຕງ້ ຈະສາມາດວດັ ແທກຄວາມໄວຂອງ ແສງໃນສູດຍາກາດໄດເ້ ທູ່ າົ ກນັ ແລະ ເທູ່ າົ ກບັ . c 1 3108 m / s 00 ໂດຍບູ່ ຂໍ ນຶ້ ກບັ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງບູ່ ກໍ າໍ ເນດີ ແສງ. ຕວົ ຢູ່ າງ 2.4. ໃນຂະນະເວລາ 7 ໂມງແລງພໍດ,ີ ຜູສ້ ງັ ເກດການຜູໜ້ ູ່ ງຶ ຫຼຽວເຫນັ ດອກໄຟຟາ້ ດອກໜູ່ ງຶ ເຊູ່ ງິ ຢູ່ ູຫູ່ າງຈາກ ຜູສ້ ງັ ເກດການນນັ້ ມໄີ ລຍະ 30 km ຮູ່ ຸງແມບັ ຂນຶ້ . ຖາມວູ່ າດອກໄຟຟາ້ ດູ່ ງັ ກູ່ າວຖກເປີດໄຕໃ້ ນຂະນະເວລາຈກັ ໂມງ? ວທິ ແີ ກ:້ ສມົ ມຸດວູ່ າຄວາມໄວຂອງແສງໃນອາກາດເກອບເທູ່ າົ ກບັ ຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນຍາກາດ. ອງີ ຕາມສມົ ຜນົ 17
t S 30103 m 104 s c 3108 m / s ໝາຍຄວາມວູ່ າດອກໄຟຟາ້ ນນັ້ ໄດເ້ ປີດໄຕໃ້ ນຂະນະເວລາ 7 ໂມງຍງັ 104s . 4. ການປູ່ ຽນແປງແບບ Lorentz ຈາກຄວາມຂດັ ແຍູ່ ງໃນຂໍສ້ ມົ ມຸດທີ 1 ຂອງ Einstein ຈູ່ ງຶ ເປັນຜົນນໍາໄປປູ່ ຽນແປງບາງຢູ່ າງໃນທດິ ສະດ.ີ ໃນນີ້ ທູ່ ານ Lorentz ໄດເ້ ລອກເອາົ ວທິ ກີ ານປູ່ ຽນແປງສມົ ຜນົ ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Galileo ໃຫ້ ຢູ່ ູໃນຮູບແບບໃໝູ່ ດູ່ ງັ ນ.ີ້ x ' x vt x x ' vt 1 v2 / c2 1 v2 / c2 y’ = y ຫຼ y = y’ (2.4) z’ = z z = z’ t v x t ' v x ' c2 c2 t' t 1 v2 / c2 1 v2 / c2 ສມົ ຜນົ (2.4) ເອນີ້ ວູ່ າ ສມົ ຜນົ ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Lorentz. ຕົວຢູ່ າງ 2.5. ຕວົ ປະສານຂອງແສງຟາ້ ເຫຼອ້ ມອັນໜູ່ ຶງ ເຊູ່ ງິ ວດັ ແທກໂດຍຜູສ້ ງັ ເກດການຢູ່ ູຈດຸ O ໄດຄ້ ູ່ າດູ່ ງັ ນ:ີ້ x =100 km; y = 10 km; z = 1 km ແລະ ໃນເວລາ t 5104s . ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ຕວົ ປະສານຂອງແສງຟ້າເຫຼອ້ ມ ດູ່ ງັ ກູ່ າວນເີ້ ຊູ່ ງິ ວດັ ແທກໂດຍຜູສ້ ງັ ເກດການຢູ່ ູຈດຸ O’. ຮູວ້ ູ່ າ O’ ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປດວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ -0,8 c ຕາມແກນ x’-x ທຽບກບັ x. ວທິ ແີ ກ:້ ນາໃຊສ້ ມົ ຜນົ ການແປງແບບ Lorentz ຈະໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ x ' x vt 100km 0,83105 km / s 5104s 367km 1 v2 / c2 1 0,82 y ' y 10km z ' z 1km t v x 5104 s 0, 8 100km c2 t' 3105 km / s 12,8104s 1 v2 / c2 1 0,82 t ' 12,8104s ຕວົ ຢູ່ າງ 2.6. ອະນຸພາກໜູ່ ຶງເຄູ່ ອນທູ່ ໃີ ນໜາ້ ພຽງ x’, y’ ດວ້ ຍຄວາມໄວບູ່ ໍປູ່ ຽນແປງ ແລະ ເທູ່ າົ ກບັ c ທຽບກບັ 2 O’. ເສນັ້ ໂຄຈອນຂອງອະນພຸ າກດູ່ ງັ ກູ່ າວປະກອບກບັ ແກນ x’ ເປັນມູມ 60 ອງົ ສາ. ຖາ້ ວູ່ າຄວາມໄວຂອງ O’ ທຽບ ກບັ O ໄປຕາມແກນ x-x’ ແມູ່ ນ 0,6c. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາສມົ ຜນົ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງອະນຸພາກດູ່ ງັ ກູ່ າວ ເຊູ່ ງິ ກໍານດົ ດວ້ ຍຜູ ້ ສງັ ເກດການ O. ວທິ ແີ ກ:້ ອງີ ຕາມເງູ່ອນໄຂຂອງບດົ ເລກ ເຮາົ ມະໂນພາບຂອງເຫດການດູ່ ງັ ກູ່ າວໄດດ້ ວ້ ຍຮູບແຕມ້ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ 18
ຕາມຮູບແຕມ້ ມີ x ' u 'x t ' c cos 60t ' 2 y ' u 'y t ' c sin 60t ' 2 x ' x vt t v x c2 ແຕູ່ ແລະ t' 1 v2 / c2 1 v2 / c2 ສະນນັ້ x vt c cos 60 t v x c2 1 v2 / c2 2 1 v2 / c2 x 0, 6c t c cos 60 t 0, 6c x 0, 6c t c 1 t 0, 6 x 2 c2 2 2 c x 0, 6 x 0, 6ct c t 4, 6x 3, 4ct x 0, 74ct 44 t v x t 0, 6c 0, 74ct y ' c sin 60( c2 c 3 c2 2 2 0, 30ct 2 1 v2 / c2 1 0,62 5. ບາງອາການຟີຊກິ ໃນທດິ ສະດສີ າໍ ພນັ ທະພາບ 5.1. ການຫດົ ເຂາົ້ ຂອງລວງຍາວ ສມົ ມຸດວູ່ າມໄີ ມບ້ ນັ ທດັ ອນັ ໜູ່ ງຶ ວາງຂະໜານກບັ ແກນ x-x’ ແລະ ຢູ່ ູຄງົ ທູ່ ທີ ຽບກບັ O’ ເຊູ່ ງິ O’ ເຄູ່ ອນທູ່ ີ ດວ້ ຍຄວາມໄວ v ຂະໜານກບັ ແກນ L0 = x-x’ ທຽບກບັ O. ເຮາົ ສາມາດຊອກຫາແບບຕງັ້ ການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງ ລວງຍາວຂອງໄມບ້ ນັ ທດັ ໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ O ແລະ O’. ໃຫ້ A ແລະ B ແມູ່ ນສອງສນົ້ ຂອງໄມບ້ ນັ ທດັ ຕາມລໍາດບັ , ຕາມການແປງຕວົ ປະສານແບບ Lorentz ຈະ ເຫນັ ວູ່ າ ຮູບທີ 2.5. ການສະແດງລະບບົ ອາ້ ງອງີ ຂອງໄມບ້ ນັ ທດັ . 19
'B xB xA tB tA v (2.5) 1 v2 / c2 x x 'A ໃນນີ້ x 'B x 'A L0 ເອນີ້ ວູ່ າ ລວງຍາວສະເພາະວດັ ແທກໂດຍ O’ xB xA L ເອນີ້ ວູ່ າ ລວງຍາວຂອງໄມບ້ ນັ ທດັ ວດັ ແທກໂດຍ O ຖາ້ ວູ່ າ xA ແລະ xB ວດັ ແທກໄດພ້ ອ້ ມກນັ ພາຍໃນຈດຸ ເວລາອນັ ດຽວກນັ , ນນັ້ ໝາຍຄວາມວູ່ າ: ເມູ່ ອ tB - tA = 0 ຈະໄດແ້ ບບຕງັ້ ດູ່ ງັ ນ້໊ີ:ີ້ L0 L (2.6) ຫຼວູ່ າ L L0 1 v2 / c2 1 v2 / c2 ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ 1 v2 / c2 1 ສະນນັ້ L < L0. ຕວົ ຢູ່ າງ 2.7. ລູກສອນໄຟຕອ້ ງເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ ໃດຈູ່ ງຶ ເຮດັ ໃຫລ້ ວງຍາວຂອງມນັ ຫດົ ເຂາົ້ ເທູ່ າົ ກບັ 99% ຂອງລວງຍາວສະເພາະ?. ວທິ ແີ ກ:້ ນາໍ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ (2.6) ຈະຂຽນໄດດ້ ູ່ ງັ ນ.ີ້ L 0,99 1 v2 / c2 L0 ຫຼວູ່ າ v 0,141c ຕວົ ຢູ່ າງ 2.8. ຜູສ້ ງັ ເກດຢູ່ ູເທງິ ແທູ່ ນຍາວ 65 m ເບູ່ ງິ ເຫນັ ເຄູ່ ອງບນິ ທູ່ ກີ ໍາລງັ ບນິ ດວ້ ຍຄວາມໄວ 0,8 c. ເຄູ່ ອງບນິ ຍາວ ເທູ່ າົ ກບັ ແທູ່ ນຢນນພດໍ ີ ຈູ່ ງົ ຊອກຫາ: ກ. ຄວາມຍາວຂອງເຄູ່ ອງບນິ ຂະນະທູ່ ຢີ ຸດໜງິ້ ? ຂ. ຜູສ້ ງັ ເກດເຄູ່ ອງບນິ ຈະເບູ່ ງິ ເຫນັ ແທູ່ ນຍາວເທູ່ າົ ໃດ? ຮູບທີ 2.6. ຄວາມຍາວຂອງເຄູ່ ອງບນິ . ວທິ ແີ ກ:້ ກ. ຄວາມຍາວຂອງເຄູ່ ອງບນິ ຂະນະທູ່ ຢີ ຸດໜງິ້ L0 L 65m 108m 1 v / c2 1 0,82 L0 108m ຂ. ຜູສ້ ງັ ເກດເຄູ່ ອງບນິ ຈະເບູ່ ງິ ເຫນັ ແທູ່ ນຍາວເທູ່ າົ ໃດ L L0 1 v / c2 65 1 0,82 39m 20
5.2. ການຢດອອກຂອງເວລາ ຖາ້ ວູ່ າສອງເຫດການ A ແລະ B ເກີດຂນຶ້ ຢູ່ ູຂະນະດຽວກນັ , ສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O ສາມາດວດັ ແທກ ເວລາທູ່ ທີ ງັ ສອງເຫດການນນັ້ ເກດີ ຂນຶ້ ໄດດ້ ວ້ ຍເຄູ່ ອງຈບັ ເວລາພຽງເຄູ່ ອງດຽວເທູ່ າົ ນນັ້ . ຊູ່ ວງໄລຍະເວລາທູ່ ສີ ອງເຫດ ການເກດີ ຂນຶ້ ຄ ∆t = tB - tA ເອນີ້ ວູ່ າ ເວລາສະເພາະ. ແຕູ່ ສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O’ ເຊູ່ ງິ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ v ເມູ່ ອທຽບກບັ O ຈະສງັ ເກດເຫນັ ວູ່ າ ສອງ ເຫດການດູ່ ງັ ກູ່ າວເກດີ ຂນຶ້ ຢູ່ ູສອງຈດຸ ເວລາທູ່ ຕີ ູ່ າງກນັ ແລະ ເພູ່ ອຢາກວດັ ແທກເຄູ່ ອງຈບັ ເວລາທູ່ ສີ ອງເຫດ ການທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ຄ t’B - t’A = ∆t’ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O’ ຈະຕອ້ ງໃຊເ້ ຄູ່ ອງຈບັ ເວລາສອງເຄູ່ ອງໂດຍທູ່ ເີ ຄູ່ ອງຈບັ ເວລາທງັ ສອງຈະ ຕອ້ ງໄດຕ້ ງັ້ ເວລາໃຫຖ້ ກກນັ ກູ່ ອນ. ນາໍ ໃຊແ້ ບບຕງັ້ ການແປງແບບ Lorentz ຊູ່ ວງເວລາທູ່ ວີ ດັ ແທກໄດໂ້ ດຍຜູສ້ ງັ ເກດ ການທງັ ສອງມກີ ານພວົ ພນັ ນາໍ ກນັ ຕາມສມົ ຜນົ ດູ່ ງັ ນ.ີ້ t 0 v xB xA c2 t ' 1 v / c2 ສາໍ ລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O ເຫນັ ສອງເຫດການນເີ້ ກດີ ຂນຶ້ ຢູ່ ູຈດຸ ດຽວກນັ xB - xA = 0. ສະນນັ້ , ຈະໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ t ' t 0 (2.7) 1 v / c2 ແຕູ່ ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ 1 v / c2 1. ດູ່ ງັ ນນັ້ , t ' t0 . ໝາຍຄວາມວູ່ າຊູ່ ວງເວລາທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ທງັ ສອງ ເຫດການ ເຊູ່ ງິ ວດັ ແທກໂດຍ O’ ໄດຢ້ ດອອກ. ຕວົ ຢູ່ າງ 2.9. ຜູສ້ ງັ ເກດການສອງຄນົ O ແລະ O’ ເຄູ່ ອນທູ່ ເີ ຂາົ້ ຫາກນັ ດວ້ ຍຄວາມໄວສາໍ ພນັ ເທູ່ າົ ກບັ 0,6 c. ຖາ້ ວູ່ າ ໄລຍະຫູ່ າງລະຫວູ່ າງພວກເຂາົ ທງັ ສອງໃນຕອນເລູ່ ມີ ຕນົ້ ເທູ່ າົ ກບັ 20 m ທຽບກບັ O. ຖາມວູ່ າດນົ ປານໃດຜູສ້ ງັ ເກດ ທງັ ສອງຈູ່ ງຶ ຈະພບົ ກນັ ໃນແຕູ່ ລະກລໍ ະນລີ ູ່ ຸມນ:ີ້ ກ. ວດັ ແທກເວລາໂດຍຜູສ້ ງັ ເກດການ O. ຂ. ວດັ ແທກເວລາໂດຍຜູສ້ ງັ ເກດການ O’. ວທິ ແີ ກ:້ ກ. ນາໍ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ t0 S 20 / s 11,1108s v 0, 63108 m ຂ. ນາໍ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ L L0 1 v2 / c2 20m 1 0, 62 16m ແລະ t L 16m 8,89108s v 0, 63108 m / s t 8,89108s ຕວົ ຢູ່ າງ 2.10. ອະນພຸ າກມວິ ອອນໃນອາວະກາດມອີ າຍຸສະເລູ່ ຍກູ່ ອນຈະສະລາຍຕວົ ປະມານ 2,2 μs. ຖາ້ ອະນຸພາກ ນເີ້ ຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 0,998 c. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາອາຍຸສະເລູ່ ຍຂອງອະນຸພາກທູ່ ສີ ງັ ເກດໄດທ້ ູ່ ໜີ າ້ ໂລກ. 21
ວທິ ແີ ກ:້ t' 1 1 1 v / c2 t ' 1 15,8 2 1 0, 998c c t Pt0 15,82, 2s 34,6s t 34, 6s ຕວົ ຢູ່ າງ 2.11. ຈາກຕວົ ຢູ່ າງ 2.10. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາໄລຍະທາງທູ່ ມີ ວິ ອອນເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ດກ້ ູ່ ອນສະລາຍຕວົ ? ວທິ ແີ ກ:້ x vt 0,998 3108 m / s 34,8s 10419m x 10419m . 5.3. ການແປງແບບຄວາມໄວ Lorentz ຈາກການແປງຕວົ ປະສານແບບ Lorentz ເຮາົ ສາມາດຂຽນແບບຕງັ້ ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ.ີ້ ux v u 'x v v / c2 v / c2 u 'x u 'x 1 ux ແລະ ux 1 uy 1 v / c2 ຫຼວູ່ າ u 'y 1 v / c2 1 1 v / c2 ux v / c2 u 'x u 'y uy (2.8) uz 1 v / c2 uz 1 v / c2 1 1 v / c2 ux v / c2 ux 'z u uz ຕວົ ຢູ່ າງ 2.12. ຈູ່ ງົ ສະແດງໃຫເ້ ຫນັ ວູ່ າ u 'x ux vt 1 v / c2 u x ວທິ ແີ ກ:້ ຈາກສມົ ຜນົ ການແປງຕວົ ປະສານແບບ Lorentz ຈະໄດຄ້ ux vt t v x c2 u 'x 1 v / c2 ແລະ t ' c2 v / 1 ເອາົ ຈນຸ ລະຄະນດິ ທງັ ສອງຂາ້ ງຈະໄດດ້ ູ່ ງັ ນີ້ ux vxt dt v dx v c2 dx ' 1 / c2 ແລະ dt ' c2 1v / ເອາົ dx’ ຫານໃຫ້ dt’ ຈະໄດ້ dx ' dx vdt dx v ux v dt ' 1 dt 1 v / c2 dt v / c2 dx v / c2 dx u 'x ux dt 22
5.4. ມວນສານ, ພະລງັ ງານ ແລະ ໂມເມນັ ຕໍາໃນທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບ ກ. ມວນສານ ດູ່ ງັ ທູ່ ໄີ ດສ້ ະເໜມີ າກູ່ ອນໜາ້ ວູ່ າ ທູ່ ານ Einstein ໄດເ້ ລອກເອາົ ວທິ ທີ ູ່ ສີ ອງຄ ປູ່ ຽນແປງໃນແບບຕງັ້ ການ ແປງແບບ Galileo. ໃນຄວາມເປັນຈງິ ແລວ້ Einstein ໄດສ້ ະແດງໃຫເ້ ຫນັ ວູ່ າ ໂມເມນັ ຕາໍ ຕາມທດິ ສະດຍີ ຸກເກູ່ າົ ກໍ ຍງັ ໃຊໄ້ ດ້ ແລະ ຖກຕອ້ ງສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ຕູ່ າງໆ, ຖາ້ ວູ່ າມວນສານ m ຂອງວດັ ຖຸມກີ ານປູ່ ຽນ ແປງທຽບກບັ ຄວາມໄວ u ຂອງມນັ ຕາມສມົ ຜນົ . m m0 (2.9) 1 u / c2 ໃນນີ້ m0 ເປັນມວນສານໜງິ້ ຂອງວດັ ຖຸ, m ຄມວນສານທູ່ ວີ ດັ ແທກໄດເ້ ມູ່ ອວດັ ຖຸຢູ່ ູຄງົ ທູ່ ທີ ຽບກບັ ຜູ ້ ສງັ ເກດການຕູ່ າງໆ. ຂ. ພະລງັ ງານ ຕາມກດົ ເກນທີ 2 ຂອງນວິ ເຕນິ ຄວາມແຮງສງັ ລວມທູ່ ກີ ະທບົ ໃສູ່ ວດັ ຖຸເທູ່ າົ ກບັ ຜນົ ຄູນຕໍາລາຂນັ້ ໜູ່ ງຶ ຂອງໂມເມນັ ຕໍາຂອງວດັ ຖຸຕາມເວລາ. ເພູ່ ອໃຫກ້ ວມລວມເອາົ ທງັ ກໍລະນໃີ ນທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບພວກເຮາົ ຕອ້ ງ ນາໍ ໃຊເ້ ຫດການທູ່ ມີ ວນສານຂອງວດັ ຖຸປູ່ ຽນແປງຕາມຄວາມໄວ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ກດົ ເກນທີ 2 ຂອງນວິ ເຕນິ ໃນທດິ ສະດສີ ໍາ ພນັ ທະພາບແບບພເິ ສດຈູ່ ງຶ ຂຽນໄດ.້ F dP d m0u d mu dt dt dt 1 u2 / c2 ສົມຜົນການພົວພນັ ກນັ ລະຫວູ່ າງມວນສານ ແລະ ພະລັງງານ E = mc2 ບູ່ ໍວູ່ າຢູ່ ູໃນທິດສະດີສໍາ ພນັ ທະພາບແບບພເິ ສດໃດກໍຄໃນກນົ ລະສາດຂອງ Newton, ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນ Ec ຂອງວດັ ຖຸເທູ່ າົ ກບັ ແຮງງານ ຂອງຄວາມແຮງພາຍນອກທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫວ້ ດັ ຖຸມຄີ ວາມໄວເພູ່ ມີ ຂນຶ້ ຈາກ 0 ເຖງິ ຄູ່ າ u ໃດໜູ່ ງຶ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ uu d mu ແລະ EC mc2 m0c2 dt EC F.dS ແຕູ່ ວູ່ າ F u0 ດູ່ ງັ ນນັ້ ຈະໄດ້ E2 Pc2 E02 (2.10) ຫຼວູ່ າ EC m0c2 2 Pc 2 m0c2 2 ຄ. ໂມເມນັ ຕໍາ ໂມເມນັ ຕາໍ ຂອງວດັ ຖຸໃນທດິ ສະດສີ າໍ ພນັ ທະພາບແບບພເິ ສດສາມາດຄດິ ໄລູ່ ໄດຈ້ າກສມົ ຜນົ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ P E2 E02 (2.11) c 23
ບດົ ເຝິກຫດັ 2 1. ລດົ ໄຟຂະບວນໜູ່ ງຶ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 60 km/h ໄປຜູ່ ານສະຖານນແີ ຫູ່ ງໜູ່ ຶງໃນເວລາ 12:00 ໂມງ. ຫຼງັ ຈາກນນັ 20 ວນິ າທຕີ ູ່ ໍມາ ມແີ ສງຟ້າເຫຼອ້ ມຢູ່ ູທາງດາ້ ນໜາ້ ຂອງຂະບວນລດົ ໄຟ ເຊູ່ ງິ ຢູ່ ູຫູ່ າງຈາກສະຖານນມີ ີ 1 km. ຈູ່ ງົ ກໍານດົ ຕວົ ປະສານຂອງແສງຟ້າເຫຼອ້ ມໃນລະບົບອາ້ ງອີງທຽບກບັ ສະຖານນີ ແລະ ທຽບກບັ ຂະບວນລົດໄຟ ດູ່ ງັ ກູ່ າວ? ຄໍາຕອບ: x, y, t 1km, 0, 1 hr ແລະ x ', y ', t ' 2 km, 0, 1 hr 180 3 180 2. ຜູສ້ ງັ ເກດການຄນົ ໜູ່ ງຶ ຢູ່ ູຄງົ ທູ່ ີໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ຕດິ ກບັ ໜາ້ ດນິ , ຈູ່ ງົ ສງັ ເກດການປະທະກນັ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ ຖາ້ ວດັ ຖຸ ທູ່ ີມີ ມວນສານ m1 = 3 kg ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ u1 = 4 m/s ຂະໜານກບັ ແກນ x ໄປຕໍາກບັ ວດັ ຖຸທູ່ ມີ ມີ ວນສານ m2 = 1 kg ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ u2 = -3 m/s ຂະໜານກບັ ແກນ x ຄກນັ . ຫຼງັ ຈາກຕໍາກນັ ແລວ້ m2 ມຄີ ວາມ ໄວ u’2 = 3 m/s. ກ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມໄວ u’1 ຂອງ m1 ພາຍຫງຼັ ຕາໍ ກນັ ? ຂ. ຖາ້ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O’ ເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ະໜານກບັ ແກນ x ດວ້ ຍຄວາມໄວ 2 m/s ໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ທູ່ ຕີ ດິ ກບັ ໜາ້ ດນິ ສງັ ເກດການຕາໍ ກນັ ດູ່ ງັ ກູ່ າວ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາໂມເມນັ ຕໍາຂອງລະບບົ ກູ່ ອນຕໍາ ແລະ ຫຼງັ ຕາໍ ເຊູ່ ງິ ສງັ ເກດໂດຍ O’. ຄາໍ ຕອບ: ກ. u '1 2m / s; ຂ. ກູ່ ອນຕໍາ Pi 1kgm / s ; ຫຼງັ ຕາໍ Pf 1kgm / s . 3. ຈູ່ ງົ ສະແດງໃຫເ້ ຫນັ ວູ່ າສມົ ຜົນຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ 2 2 2 1 2 0 ບູ່ ໍປູ່ ຽນແປງສໍາລບັ ການ x2 y2 z2 c2 t 2 ແປງແບບ Galileo. 4. ຈູ່ ງົ ສະແດງໃຫເ້ ຫນັ ວູ່ າສມົ ຜົນຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟ້າ 2 2 2 1 2 0 ບູ່ ໍປູ່ ຽນແປງສໍາລບັ ການ x2 y2 z2 c2 t 2 ແປງແບບ Lorentz. 5. ລດົ ໄຟຂະບວນໜູ່ ງຶ ຍາວ 1 km (ວດັ ແທກໂດຍຜູໂ້ ດຍສານຢູ່ ູໃນລດົ ໄຟ) ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 200 km/h ຜູ ້ ສງັ ເກດການທູ່ ີຢູ່ ູໜາ້ ດນິ ເຫັນແສງຟ້າເຫຼອ້ ມສອງອນັ ກະທົບພອ້ ມກັນໃສູ່ ສອງສົນ້ ຂອງຂະບວນລົດໄຟຂະບວນ ດູ່ ງັ ກູ່ າວ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຊູ່ ວງເວລາລະຫວູ່ າງແສງຟາ້ ເຫອຼ້ ມທງັ ສອງ ເຊູ່ ງິ ວດັ ແທກໂດຍຜູໂ້ ດຍສານທູ່ ຢີ ູ່ ູໃນລດົ ໄຟ? ຄາໍ ຕອບ: t 'B t 'A 6,181013s 6. ຕວົ ປະສານຂອງສອງເຫດການສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O ແມູ່ ນ x1 = 6 x 104 m, y1 = z1 = 0, t1 = 2 x 10-4 s ແລະ x2 = 12 x 104 m, y2 = z2 = 0, t2 = 1 x 10-4 s. ກ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມໄວຂອງ O’ ທຽບກບັ O, ເພູ່ ອໃຫສ້ ໍາລບັ O’ ແລວ້ ເຫນັ ສອງເຫດການດູ່ ງັ ກູ່ າວເກດີ ຂນຶ້ ພອ້ ມກນັ . ຂ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາໄລຍະຫູ່ າງລະຫວູ່ າງສອງເຫດການດູ່ ງັ ກູ່ າວສໍາລບັ O’. ຄໍາຕອບ: ກ. v1c ແລະ ຂ. x '2 x '1 5, 20104 m 2 7. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາລະດບັ ຫດົ ເຂາົ້ ຂອງເສນັ້ ຜູ່ າສູນກາງໜູ່ ວຍໂລກ (ໃນໜາ້ ພຽງເສນັ້ ສູນສູດ) ສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O’ ເຊູ່ ງິ ຢນຢູ່ ູຄງົ ທູ່ ທີ ຽບກບັ ໜາ້ ດນິ ? ຄໍາຕອບ: D0 D 6cm 8. ໄມບ້ ນັ ທດັ ອນັ ໜູ່ ງຶ ວາງປະກອບກບັ ແກນ x’ ໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ O’ ເປັນມມູ 30 . ກ. ຊອກຫາຄວາມໄວຂອງໄມບ້ ນັ ທດັ ເພູ່ ອໃຫມ້ ນັ ປະກອບກບັ ແກນ x ໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ O ເປັນມມູ 45 . ຂ. ຊອກຫາລວງຍາວຂອງໄມບ້ ນັ ທດັ ເຊູ່ ງິ ວດັ ແທກໂດຍຜູສ້ ງັ ເກດການ O. 24
ຄໍາຕອບ: v 0,81c 9. ວດັ ຖຸໜູ່ ງຶ ເປັນຮູບກອ້ ນມບີ ໍລມິ າດສະເພາະ 1000 cm3. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ບໍລມິ າດຂອງວດັ ຖຸດູ່ ງັ ກູ່ າວ ສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດ ການ O’ ເຊູ່ ງິ ເຄູ່ ອນທູ່ ທີ ຽບກບັ ວດັ ຖຸດວ້ ຍຄວາມໄວ 0,8 c ຕາມລວງຂະໜານກບັ ຂາ້ ງໜູ່ ງຶ ຂອງຮູບກບັ ນ?ີ້ ຄໍາຕອບ: V ' 600cm3 10. ອາຍຸສະເລູ່ ຍຂອງເມດັ ອະນຸພາກເມຊອນ (μ) ເມູ່ ອມນັ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 0,95 c ເທູ່ າົ 6 x 10-6s. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ອາຍຸສະເລູ່ ຍຂອງເມດັ ອະນຸພາກດູ່ ງັ ກູ່ າວໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ເຊູ່ ງິ ເມດັ ອະນຸພາກນຢີ້ ູ່ ູຄງົ ທູ່ ?ີ ຄໍາຕອບ: t0 1,87106 s 11. ເຄູ່ ອງບນິ ລາໍ ໜູ່ ງຶ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 600 m/s ທຽບກບັ ໜາ້ ດນິ . ຖາມວູ່ າຕອ້ ງການເວລາດນົ ປານໃດຈູ່ ງຶ ຈະ ເຮດັ ໃຫຊ້ ູ່ ວົ ໂມງບນິ ຂອງນກັ ບນິ ຊາ້ ໄປ 6 x 10-6s ທຽບກບັ ເວລາໃນພນ້ ດນິ ? ຄາໍ ຕອບ: t 106 s 12. ຜູສ້ ງັ ເກດການ O ສງັ ເກດເຫນັ ສອງເຫດການ ເຊູ່ ງິ ມໄີ ລຍະຫູ່ າງ ແລະ ເວລາຕາມລໍາດບັ ຄ 3,6 x 108 m ແລະ 2s. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຊູ່ ວງເວລາສະເພາະລະຫວູ່ າງສອງເຫດການດູ່ ງັ ກູ່ າວ? ຄາໍ ຕອບ: t 1, 6s 13. ເວລາຮອບວຽນການແຍກເຍູ່ ອຍຂອງອະນຸພາກ ພາຍອອນ (Pion) ແມູ່ ນ 1,8 x 10-8s. ພາຍອອນອນັ ໜູ່ ງຶ ຖກ ແຜູ່ ອອກມາຈາກເຄູ່ ອງເລູ່ ງັ ອະນຸພາກດວ້ ຍຄວາມໄວ 0.8 c. (ອາ້ ງຈາກ https://en.wikipedia.org/wiki/Pion). ກ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາໄລຍະທາງຕາມແບບຟີຊກິ ຍຸກເກູ່ າົ ທູ່ ີເຮດັ ໃຫເ້ ຄູ່ ງິ ໜູ່ ງຶ ຂອງຈໍານວນອະນຸພາກພາຍອອນຖກແຍກ ເຍູ່ ອຍໄປຈນົ ໝດົ . ຂ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາໄລຍະທາງດູ່ ງັ ກູ່ າວຕາມທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບພເິ ສດ. ຄາໍ ຕອບ: ກ. S 4,32m ; ຂ. d 7, 2m 14. ສາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O, ສອງເຫດການທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ພອ້ ມກນັ ແລະ ເກດີ ຢູ່ ູຫູ່ າງກນັ ໄລຍະ 600 km, ອກີ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O’ ເຫນັ ສອງເຫດການເກດີ ຂນຶ້ ຢູ່ ູຫູ່ າງກນັ 1200 km. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຊູ່ ວງວເວລາທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ລະຫວູ່ າງສອງ ເຫດການສາໍ ລບັ O’? ຄາໍ ຕອບ: t 'B t 'A 3, 46103s 15. ຈູ່ ງົ ສະແດງໃຫເ້ ຫນັ ວູ່ າສມົ ຜນົ ຈນຸ ລະຄະນດິ ຕູ່ ໍໄປນີ້ dx2 + dy2 + dz2 - c2dt2 ບູ່ ໍປູ່ ຽນແປງຕາມການແປງແບບ Lorentz. 16. ຈະມຄີ ວາມໄວເທູ່ າົ ໃດ ຈູ່ ງຶ ຈະເຮດັ ໃຫສ້ ມົ ຜນົ ການແປງແບບ Galileo ແລະ ສມົ ຜນົ ການແປງແບບ Lorentz ກູ່ ຽວກບັ u’x ຕູ່ າງກນັ 2 %. ຄາໍ ຕອບ: vux 0, 02c2 17. ມລີ ູກສອນໄຟສອງລູກ A ແລະ B ເຄູ່ ອນທູ່ ີທຽບກບັ ໜາ້ ດນິ ລູກສອນໄຟ A ເຄູ່ ອນທູ່ ີໄປທາງຂວາ ດວ້ ຍ ຄວາມໄວ 0,8c ແລະ ລູກສອນໄຟ B ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປທາງຊາ້ ຍດວ້ ຍຄວາມໄວ 0,6c. ກ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມໄວຂອງລກູ ສອນໄຟ A ທຽບກບັ ລກູ ສອນໄຟ B. ຂ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມໄວຂອງລູກສອນໄຟ A ທຽບກບັ ລູກສອນໄຟ B ໃນກໍລະນລີ ູກສອນໄຟ A ເຄູ່ ອນທູ່ ີ ດວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ ກບັ +0,8c ທຽບກບັ ໜາ້ ດນິ ໄປຕາມແກນບວກ y, ສູ່ ວນລູກສອນໄຟ B ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປຕາມແກນ ລບົ x. ຄໍາຕອບ: ກ. v 0,946c ; ຂ. u ' 0,88c ແລະ ' 46,85 25
18. ເມດັ ອະນຸພາກໜູ່ ງຶ ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 0.8c ແລະ ປະກອບກບັ ແກນ x ເປັນມູມ 30 ທຽບກບັ ຜູສ້ ງັ ເກດ ການ O. ຈູ່ ງົ ກໍານດົ ຄວາມໄວຂອງເມດັ ອະນຸພາກດູ່ ງັ ກູ່ າວສໍາລບັ ຜູສ້ ງັ ເກດການ O’ ເຊູ່ ງິ ເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ະ ໜານກບັ ແກນ ລວມ x-x’ ດວ້ ຍຄວາມໄວ -0,6c. ຄາໍ ຕອບ: u ' 0,941c ຫວຼ ູ່ າ ' 13,9 19. ຈູ່ ງົ ຊແີ້ ຈງສມົ ຜນົ ມວນສານ-ຄວາມໄວຂອງ Einstein ຊູ່ ວຍໃຫເ້ ຮາົ ແກໄ້ ຂຂໍຂ້ ດັ ແຍູ່ ງໃນ P’y ≠ Py ໄດຄ້ ແນວ ໃດ? 20. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ພະລງັ ງານມວນສານໜງິ້ ຂອງເອເລກັ ຕຣອນອອກເປັນຢູນ (J) ແລະ ເອເລກັ ຕຣອນໂວນ (eV). ຄໍາຕອບ: E0 8,1871014 J ຫຼວູ່ າ E0 0,511eV 21. ວດັ ຖຸໜູ່ ງຶ ກໍາລງັ ຢູ່ ູໜງິ້ ໄດແ້ ຕກອອກເປັນສອງສູ່ ວນ, ແຕູ່ ລະສູ່ ວນມມີ ວນສານໜງິ້ ເທູ່ າົ ກບັ 3 kg ແລະ 5,33 kg ຕາມລໍາດບັ . ເຄູ່ ອນທູ່ ໄີ ປໃນສອງທດິ ທາງກງົ ກນັ ຂາ້ ມກນັ ດວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ 0,8 c ແລະ 0,6 c ຕາມລໍາດບັ . ຈູ່ ງົ ຊອກຫາມວນສານຂອງວດັ ຖຸດູ່ ງັ ກູ່ າວເມູ່ ອຍງັ ບູ່ ທໍ ນັ ແຕກ? ຄໍາຕອບ: m0 = 11,66 kg. 22. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມໄວຂອງເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຖີ ກເລູ່ ງັ ດວ້ ຍຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ U = 105 V. ຄໍາຕອບ: v = 0,548 c. 23. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ໂມເມນັ ຕໍາຂອງເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ມີ ພີ ະລງັ ງານ 1 MeV. ຄາໍ ຕອບ: P = 1,42 MeV/c. 24. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງເອເລກັ ຕຣອນ ເມູ່ ອໂມເມນັ ຕາໍ ຂອງມນັ ເທູ່ າົ 2 MeV/c. ຄາໍ ຕອບ: EC= 1,55 MeV. 25. ອະນຸພາກຈະຕອ້ ງມຄີ ວາມໄວເທູ່ າົ ກບັ ຈກັ ເທູ່ ອຄວາມໄວຂອງແສງ, ຈູ່ ງຶ ຈະເຮດັ ໃຫພ້ ະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນມຄີ ູ່ າ ເທູ່ າົ ສອງເທູ່ ອພະລງັ ງານມວນສານໜງິ້ ຂອງມນັ . ຄາໍ ຕອບ: v = 0,943 c. 26. ເມດັ ອະນພຸ າກໜູ່ ງຶ ມພີ ະລງັ ງານລວມເທູ່ າົ 6 x 103 MeV ແລະ ມໂີ ມເມນັ ຕາໍ ເທູ່ າົ 3 x 103 MeV/c. ກ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາມວນສານໜງິ້ ຂອງເມດັ ອະນຸພາກດູ່ ງັ ກູ່ າວ? ຂ. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາພະລງັ ງານຂອງເມດັ ອະນຸພາກໃນລະບບົ ອາ້ ງອງີ ເຊູ່ ງິ ໃນລະບບົ ດູ່ ງັ ກູ່ າວນນັ້ ໂມເມນັ ຕໍາຂອງມນັ ເທູ່ າົ 5 x 103 MeV/c. ຄໍາຕອບ ກ. m0 5,58u ; ຂ. E 7, 2103MeV 27. ຈູ່ ງົ ພສິ ູດວູ່ າ ສາໍ ລບັ ການເຄູ່ ອນທູ່ ໃີ ນໜູ່ ງຶ ມຕິ ເິ ຮາົ ມີ uu EC F.dS mc2 m0c2 u0 28. ອະນຸພາກມມີ ວນສານໜງິ້ ຄ m0 ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 0,8 c ໄປຕໍາແບບບູ່ ໍຫດົ ຢດກບັ ວດັ ຖຸທູ່ ມີ ວນສານໜງິ້ ເທູ່ າົ 3 m0 ເຊູ່ ງິ ຢູ່ ູຄງົ ທູ່ .ີ ຈູ່ ງົ ຊອກຫາມວນສານໜງິ້ ຂອງວດັ ຖຸຫງຼັ ການຕໍາ? ຄໍາຕອບ: M0 4, 47m0 29. ຈູ່ ງົ ການດົ ປະລມິ ານການເພູ່ ີມຂນຶ້ ຂອງມວນສານທອງ 100 kg ເມູ່ ອອຸນຫະພູມຂອງມນັ ເພູ່ ີມຂນຶ້ ຕູ່ ມ 100 ອງົ ສາເຊ (ຮູວ້ ູ່ າຄວາມຮອ້ ນຈາໍ ເພາະຂອງທອງເທູ່ າົ C 93cal / kg ). ຄາໍ ຕອບ: m 4,331011kg 26
ບດົ ທີ 3 ຄຸນລກັ ສະນະອະນພຸ າກຂອງຄນ້ 1. ທດິ ສະດໂີ ຟຕອນ ຂໍສ້ ມົ ມຸດພນ້ ຖານທູ່ ີໃຊເ້ ປັນບູ່ ອນອງີ ໃນການອະທບິ າຍຄຸນລກັ ສະຂອງແສງຕາມທດິ ສະດີຂອງຄວານຕໍານນັ້ ຄ ແສງປະກອບດວ້ ຍບນັ ດາເມດັ ອະນຸພາກນອ້ ຍໆເອນີ້ ວູ່ າ ໂຟຕອນ ຫຼ ຄວານຕໍາ. ແຕູ່ ລະໂຟຕອນມພີ ະລງັ ງານ E ຂນຶ້ ກບັ ຄວາມຖູ່ ີ f ຂອງລງັ ສແີ ສງທູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາ ເຊູ່ ງິ ເປັນໄປຕາມສມົ ຜນົ ລູ່ ຸມນ:ີ້ En nhf hc (3.1) h 6, 6261034 Js ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Planck. n ເປັນເລກຈາໍ ນວນຄວານຕໍາ (Quantum number) n = 1, 2, 3… n = 1 ການແຜູ່ ລງັ ສຈີ ະມພີ ະລງັ ງານເປັນ hf. n = 2 ການແຜູ່ ລງັ ສຈີ ະມພີ ະລງັ ງານເປັນ 2hf. ໂມເລກູນ ປົດປູ່ ອຍ ຫຼ ດູດກນພະລງັ ງານເປັນຄູ່ າບູ່ ໍຕູ່ ໍເນູ່ ອງເມູ່ ອມກີ ານປູ່ ຽນສະຖານະທາງຄວານຕໍາໃນຮູບ ແບບຂອງຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ເຊູ່ ງິ ເປັນອະນຸພາກເອນີ້ ວູ່ າ ໂຟຕອນ. E = hf (3.2) ຮູບທີ 3.1. ລະດບັ ພະລງັ ງານທູ່ ສີ ະເໜໂີ ດຍ Planck. ຮູບທີ 3.2. ການປົດປູ່ ອຍແສງເປັນອະນຸພາກຕາມ ທູ່ ສີ ະເໜຂີ ອງ Planck. ສມົ ມຸດຖານ ປະຕບິ ດັ ຄວາມຄດິ ເຫນັ ນາໍ ໄປສູ່ ູມູມມອງອນັ ໃໝູ່ ພະລງັ ງານໃນທໍາມະຊາດມຄີ ວາມບູ່ ໍຕູ່ ໍເນູ່ ອງ ຫຼວູ່ າ (ເປັນຄວານຕາໍ ) ແລະ ຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ເປັນອະນຸພາກທູ່ ມີ ພີ ະລງັ ງານນອ້ ຍ ຫຼ ຫາຼ ຍ ແມູ່ ນຂນຶ້ ຢູ່ ູກບັ ຄວາມຖູ່ .ີ ໂຟຕອນແຕູ່ ລະຕວົ ອາດຈະໄປກະທບົ ກບັ ວດັ ຖຸ ຫຼ ອາດຈະບູ່ ໍກະທບົ ກບັ ວດັ ຖຸໃດໆເລຍີ ກູ່ ໍໄດ.້ ເຊູ່ ງິ ໝາຍຄວາມ ວູ່ າ ໂຟຕອນແຕູ່ ລະຕວົ ອາດຈະສູນເສຍພະລງັ ງານທງັ ໝົດໃຫກ້ ບັ ວດັ ຖຸ ຫຼ ອາດຈະບູ່ ໍສູນເສຍພະລງັ ງານໃດເລີຍ. ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ ໂຟຕອນເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ ກບັ ຄວາມໄວຂອງແສງ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຕາມທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບ ມວນສານຢຸດໜງິ້ ຂອງໂຟຕອນຈະຕອ້ ງເທູ່ າົ ສູນ. ສະນນັ້ , ພະລງັ ງານຂອງໂຟຕອນຈູ່ ງຶ ເກດີ ມກີ ານເຄູ່ ອນທູ່ ເີ ທູ່ າົ ນນັ້ , ຖາ້ ໂຟຕອນຕວົ ໃດໜູ່ ງຶ ຢາກຄງົ ຕວົ ຢູ່ ູໄດ້ ມນັ ຈະຕອ້ ງເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວເທູ່ າົ ກບັ c, ຖາ້ ໂຟຕອນຫາກບູ່ ໍເຄູ່ ອນທູ່ ີ ດວ້ ຍຄວາມໄວດູ່ ງັ ກູ່ າວມນັ ກໍຈະບູ່ ໍຄງົ ຕວົ ຢູ່ ູໄດ.້ ສໍາລບັ ກໍລະນີ m = 0 ສມົ ຜນົ ໂມເມນັ ຕໍາ, ພະລງັ ງານໃນທດິ ສະດີ ສໍາພນັ ທະພາບສາມາດຂຽນໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ 27
E pc (3.3) ສມົ ຜນົ ໂມເມນັ ຕໍາຂອງໂຟຕອນແຕູ່ ລະໂຕສາມາດຂຽນໄດ:້ p E hf h (3.4) c c ຕາມທດິ ສະດຄີ ວານຕໍາ, ການແຜູ່ ພະລງັ ງານແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ແມູ່ ນການເກດີ ຈາກການເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ c ຂອງບນັ ດາໂຟຕອນ. ຄວາມເຂມັ້ ຂອງລງັ ສທີ ູ່ ແີ ຜູ່ ອອກມາເປັນອດັ ຕາສູ່ ວນກງົ ກບັ ຈາໍ ນວນໂຟຕອນທູ່ ໄີ ປຜູ່ ານໃນໜູ່ ງຶ ຫວົ ໜູ່ ວຍເນອ້ ທູ່ ຕີ ງັ້ ສາກກບັ ລວງເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງບນັ ດາໂຟຕອນນນັ້ . ໃນເງູ່ອນໄຂດູ່ ງັ ກູ່ າວນ,ີ້ ສໍາລບັ ແສງທູ່ ມີ ຄີ ູ່ າຄວາມ ຖູ່ ດີ ຽວຈະມຄີ ວາມເຂມັ້ I ເປັນໄປຕາມສມົ ຜນົ I = (ພະລງັ ງານໂຟຕອນໜູ່ ງຶ ຕວົ ) x ຈາໍ ນວນໂຟຕອນ (3.5) ເນອ້ ທີ x ເວລາ ເພູ່ ອຄວາມສະດວກໃນການນາໍ ໃຊເ້ ພູ່ ນິ ຄດິ ໄລູ່ ບາງຄູ່ າໄວໃ້ ຫດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ h 4,1361015eV.s hc 12, 4keV.A ໃນນີ້ 1eV 103 keV 1, 6021019 J ແລະ 1Å 1010 m ຕວົ ຢູ່ າງ 3.1. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມຍາວຄນ້ ແລະ ຄວາມຖູ່ ຂີ ອງໂຟຕອນທູ່ ມີ ພີ ະລງັ ງານເທູ່ າົ ກບັ 1 keV. ວທິ ແີ ກ:້ ຄວາມຍາວຄນ້ ຄດິ ໄລູ່ ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ hc 12, 4keV.A 12, 4 A E 1keV ແລະ ຄວາມຖູ່ ຂີ ອງໂຟຕອນຄດິ ໄລູ່ ໄດ້ f c 3108 m / s 2, 421017 Hz 12, 41010 m ຕວົ ຢູ່ າງ 3.2. ຄນ້ ໄຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ກບັ ພະລງັ ງານຂອງໂຟຕອນ ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງໂຟຕອນແສງສແີ ດງທູ່ ມີ ີ ພະລງັ ງານ 2 eV ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ໃດ? ວທິ ແີ ກ:້ ຈາກການພວົ ພນັ E hf ແລະ f c ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Planck ໃນຫວົ ໜູ່ ວຍ eV h 6,31034 Js h 6, 631034 Js 4,141015 eV.s 1, 61019 J / eV ຈະໄດ ້ E hc hc 4,141015 3108 621nm E2 ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງແສງສແີ ດງມຄີ ູ່ າ 621nm 28
2. ປະກດົ ການໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣກິ ປີ ຄ.ສ 1887 ທູ່ ານ ເຮດີ ຊ໌ (Hertz) ໄດສ້ ງັ ເກດວູ່ າ ເມູ່ ອແສງທູ່ ີມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ຫຼ ມຄີ ວາມຖູ່ ີສູງມາກະ ທບົ ໃສູ່ ໜາ້ ນອກຂອງໂລຫະ, ຈະເຮດັ ໃຫອ້ ະນຸພາກທູ່ ມີ ໄີ ຟຟາ້ ບນັ ຈຫຸ ຸຼດອອກຈາກຜວິ ຂອງໂລຫະໄດ.້ ດູ່ ງັ ນນັ້ , ເພູ່ ນິ ຈູ່ ງຶ ເອນີ້ ປະກດົ ການນວີ້ ູ່ າ ປະກດົ ການໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣກິ (Photo Electric Effect). ຕູ່ ໍມາປີ ຄ.ສ 1898 ທອມສນັ ໄດວ້ ດັ ແທກອດັ ຕາສູ່ ວນລະຫວູ່ າງໄຟຟາ້ ບນັ ຈຕຸ ູ່ ໍມວນສານຂອງອະນຸພາກທູ່ ີຫຸຼດ ອອກມາຈາກຜິວໂລຫະ, ໂດຍໃຊເ້ ຄູ່ ອງທດົ ລອງປະກອບເຂາົ້ ໃນການສກຶ ສາ ເຊູ່ ງິ ປະກອບດວ້ ຍຫຼອດແກວ້ ສູນຍາ ກາດທູ່ ເີ ອີນ້ ວູ່ າ ໂຟໂຕເຊວລ໌ (Photocell) ພາຍໃນມແີ ຜູ່ ໂລຫະ E ເປັນເປົ້າຮບັ ແສງເຮດັ ໜາ້ ທູ່ ໃີ ຫເ້ ອເລກັ ຕຣອນ (Emitter) ຕູ່ ເໍ ຂາົ້ ກບັ ຂວົ້ ລບົ ຂອງແຫູ່ ຼງກາເນດີ ໄຟຟາ້ ກະແສກງົ ທູ່ ສີ າມາດປັບຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ໄດ,້ ແຜູ່ ນໂລຫະ C ເຮດັ ໜາ້ ທູ່ ຮີ ບັ ເອເລກັ ຕຣອນ (Colletor) ທູ່ ຫີ ຸຼດອອກຈາກ E ຕູ່ ໍເຂາົ້ ກບັ ຂວົ້ ບວກ ເມູ່ ອຫຼອດຢູ່ ູໃນທູ່ ມີ ກີ ະແສໄຟຟາ້ ໃນວງົ ຈອນຈະເປັນສູນ. ເມູ່ ອເປູ່ ັງແສງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ກວູ່ າຄູ່ າສະເພາະຄູ່ າໃດໜູ່ ງຶ ເຊູ່ ງິ ຂນຶ້ ກບັ ຊະນດິ ຂອງ ໂລຫະທູ່ ແີ ຜູ່ ນ E ພບົ ວູ່ າມກີ ະແສໄຟຟາ້ ໃນວງົ ຈອນ. ສະແດງວູ່ າໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນຫຸຼດອອກຈາກແຜູ່ ນ E ເຄູ່ ອນ ທູ່ ຜີ ູ່ ານບໍລເິ ວນສູນຍາກາດ (ທູ່ ມີ ທີ ູ່ ງົ ໄຟຟາ້ ) ໄປຍງັ ແຜູ່ ນ C ໂດຍກະແສໄຟຟາ້ ໃນວງົ ຈອນຂນຶ້ ກບັ ຄວາມເຂມັ້ ຂອງ ແສງ. ເນູ່ ອງຈາກເປັນກະແສທູ່ ເີ ກີດຈາກໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ, ຈູ່ ງຶ ເອີນ້ ວູ່ າ ກະແສໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ (Photo Electron Current). ຮູບທີ 3.3. ການທດົ ລອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ. ເມູ່ ອຫຸດຼ ຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ V ລະຫວູ່ າງແຜູ່ ນ C ກບັ ແຜູ່ ນ E ກະແສໄຟຟາ້ ໃນວງົ ຈອນຈະຫຸດຼ ລງົ , ຖາ້ ຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ເປັນລບົ ຫຼກບັ ຂວົ້ ໄຟຟາ້ ທູ່ ແີ ຜູ່ ນ C ເປັນລບົ ແລະ ແຜູ່ ນ E ເປັນບວກ. ກະແສໄຟຟາ້ ຈະຫຸຼດລງົ ຫຼາຍ, ເນູ່ ອງຈາກໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນຖກຍູໂ້ ດຍແຜູ່ ນ C ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນຈະໄປຮອດແຜູ່ ນ C (ແລວ້ ເຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ກະ ແສໄຟຟາ້ ໃນວງົ ຈອນ) ໄດນ້ ນັ້ ຕອ້ ງມພີ ະລງັ ງການເດນີ ເຄູ່ ອນຫຼາຍກວູ່ າຄູ່ າ eV ເມູ່ ອ e ເປັນໄຟຟາ້ ບນັ ຈຂຸ ອງເອເລກັ ຕຣອນ ແລະ V ຄຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟ້າຂອງແຫູ່ ຼງກໍາເນດີ ໃນຂະນະນນັ້ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຖາ້ ໃຫຜ້ ນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ໃີ ຊ້ ຢຸດເອເລກັ ຕຣອນນເີ້ ອນີ້ ວູ່ າ ຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ຢຸດຢັງ້ (Stopping Potential) V0 ດູ່ ງັ ນນັ້ , ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນ ສູງສຸດຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຫີ ຸຼດອອກມາແມູ່ ນ: EKmax eV0 (3.6) ໃນການທດົ ລອງເຫນັ ວູ່ າຖາ້ ຄວາມຖູ່ ີຂອງແສງນອ້ ຍກວູ່ າຄວາມຖູ່ ີສະເພາະຄູ່ າໃດໜູ່ ງຶ ເຊູ່ ງິ ຂນຶ້ ກບັ ຊະນດິ ຂອງ ໂລຫະເອເລກັ ຕຣອນຈະບູ່ ໍຫຸຼດອອກມາ, ເຖງິ ແມູ່ ນວູ່ າແສງຈະມຄີ ວາມຖູ່ ຫີ ຼາຍກຕໍ າມ ເອເລກັ ຕຣອນຈະຫຸຼດອອກມາ ເມູ່ ອແສງມຄີ ວາມຖູ່ ສີ ູງກວູ່ າຄວາມຖູ່ ເີ ລູ່ ມີ ຕນົ້ f0 ເທູ່ າົ ນນັ້ ແລະ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນບູ່ ໍຂນຶ້ ກບັ ຄວາມເຂມັ້ ຂອງແສງ ແຕູ່ ຈະຂນຶ້ ກບັ ຄວາມຖູ່ ີ. ຜົນການທດົ ລອງບູ່ ໍສາມາດໃຊທ້ ດິ ສະດແີ ບບເກູ່ າົ ອະທບິ າຍໄດ.້ 29
ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າແສງທູ່ ມີ ຄີ ວາມເຂມັ້ ສູງໄດຖ້ ູ່ າຍເທພະລງັ ງານເພູ່ ອກະຕຸນ້ ໃຫເ້ ອເລກັ ຕຣອນຫຸຼດອອກມາໄດ.້ ມາຮອດປີ ຄ.ສ 1905 ໄອສະຕາຍ (Einstein) ໃຊແ້ ນວຄດິ ຂອງເພູ່ ນິ ອະທບິ າຍຜົນການທົດລອງວູ່ າ ແສງເປັນໂຟຕອນມີ ພະລງັ ງານເທູ່ າົ ກບັ E hf . ເມູ່ ອໂຟຕອນກະທບົ ໃສູ່ ຜວິ ຂອງໂລຫະຈະຖູ່ າຍເທພະລງັ ງານໃຫກ້ ບັ ເອເລກັ ຕຣອນ, ໃນນເີ້ ອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຜີ ວິ ຂອງໂລຫະຖກຢດໃຫຢ້ ູ່ ູໃນຜວິ ຂອງໂລຫະດວ້ ຍພະລງັ ງານຢດໜູ່ ຽວຄູ່ າໃດໜູ່ ງຶ . ຖາ້ ພະລງັ ງານຂອງເອເລກັ ຕຣອນ ຫຼາຍຂນຶ້ ກໍຈະເຮດັ ໃຫພ້ ະລງັ ງານເອາົ ຊະນະຄູ່ າຢດໜູ່ ຽວນໄີ້ ດ.້ ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຫີ ຸຼດອອກຈາກຜວິ ໂລຫະ ແລະ ມີ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນເທູ່ າົ ກບັ ພະລງັ ທູ່ ເີ ຫຼອຢູ່ ູ. EKmax hf (3.7) φ ແມູ່ ນພະລງັ ງານຢດໜູ່ ຽວ ເອນີ້ ວູ່ າ ຕໍາລາງານ (Work Function) ເປັນພະລງັ ງານທູ່ ເີ ອເລກັ ຕຣອນຖກຢດ ໄວທ້ ູ່ ຜີ ວິ ໂລຫະ, ຕໍາລາງານເປັນຄູ່ າສະເພາະຂອງໂລຫະຊະນດິ ຕູ່ າງໆ ເອເລກັ ຕຣອນຈະຫຸຼດອອກມາເມູ່ ອຄວາມຖູ່ ີ ຂອງແສງທູ່ ໃີ ຊຫ້ າຼ ຍກວູ່ າຄວາມຖູ່ ເີ ລູ່ ມີ ຕນົ້ f0 ເຊູ່ ງິ ໂຟຕອນຂອງແສງຈະມພີ ະລງັ ງານເທູ່ າົ ກບັ ຕາໍ ລາງານພດໍ .ີ hf0 (3.8) ຕາຕະລາງ 3.1. ສະແດງຄູ່ າຕາໍ ລາງານຂອງໂລຫະບາງຊະນດິ ໂລຫະ ສນັ ຍາລກັ ຄູ່ າຕາໍ ລາງານ ໂລຫະ ສນັ ຍາລກັ ຄູ່ າຕໍາລາງານ (eV) (eV) ຊຊີ ຽມ Cs 1,8 ອາລູມນີ ຽມ Al 4,2 ໄພແທສຊຽມ K 2,2 ທອງແດງ Cu 4,5 ໂຊດຽມ Na 2,3 ເງນິ Ag 4,7 ແບຣຽມ Ba 2,5 ຄໍາ Au 4,8 ແຄລຊຽມ Ca 3,2 ພລດັ ຕນີ າໍ Pt 5,6 ຕວົ ຢູ່ າງ 3.3. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ພະລງັ ງານໂຟຕອນຂອງແສງສຂີ ຽວທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ 550 nm. ວທິ ແີ ກ:້ ພະລງັ ງານຂອງໂຟຕອນຄດິ ໄລູ່ ຕາມສມົ ຜນົ E hf hc ແທນຄູ່ າໃສູ່ ຈະໄດ້ E hc 6, 631034 Js 3108 m / s 3, 621019 J 550109 m E 3, 621019 J ຕວົ ຢູ່ າງ 3.4. ຄວາມຖູ່ ເີ ລູ່ ມີ ຕນົ້ ຂອງແສງສາໍ ລບັ ໂລຫະຊະນດິ ໜູ່ ງຶ ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ກບັ 9,68 x 1014 Hz. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ກ. ພະລງັ ງານນອ້ ຍສຸດຂອງແສງທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ. 30
ຂ. ພະລງັ ງານເດີນເຄູ່ ອນສູງສຸດຂອງເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ີຫຸຼດອອກຈາກຜວິ ໂລຫະ ແລະ ຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ຢຸ ດຢັ້ງ ເມູ່ ອສູ່ ອງແສງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຖູ່ ີ 1,51015 Hz ໃສູ່ . ວທິ ແີ ກ:້ ກ. ຊອກຫາ Emin ຕາມເງູ່ອນໄຂ f0= 9,68 x 1014 Hz. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ພະລງັ ງານຂອງໂຟຕອນເທູ່ າົ ກບັ E = hf0 ແທນຄູ່ າຈະໄດ້ Emin 6, 631034 Js 9, 681014 Hz 6, 421019 J Emin 6, 421019 J ຂ. ຊອກຫາ EKmax ແລະ US ຖາ້ ວູ່ າ ຄວາມຖູ່ ີ 1,5 x 1015 Hz ພະລງັ ງານໂຟຕອນເທູ່ າົ ກບັ E = hf0 6, 631034 Js1,51014 Hz 9,951019 J E 9,951019 J ແທນຄູ່ າຈະໄດ້ EKmax hf hf0 EKmax 9,951019 J 6, 421019 J 3,531019 J ແຕູ່ ຍອ້ ນວູ່ າ EKmax eUS ຫຼ US E K max e ດູ່ ງັ ນນັ້ US E K max 3, 531019 J 2, 2V e 1, 6 1019 C ຄໍາຕອບ: ກ. ພະລງັ ງານນອ້ ຍສຸດຂອງແສງເຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນເທູ່ າົ ກບັ Emin 6, 421019 J ຂ. ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນສູງສຸດເທູ່ າົ ກບັ 3,531019 J ແລະ ຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ຫາ້ ມ US 2, 2V . ຕວົ ຢູ່ າງ 3.5. ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ ເມູ່ ອໃຊແ້ ສງສໜີ ູ່ ງຶ ເຮດັ ການທດົ ລອງໂຟໂຕເລກັ ຕຣກິ ຕອ້ ງໃຊຄ້ ູ່ າຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ຢຸດຢັງ້ 1,50 V ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນມພີ ະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນ ແລະ ຄວາມໄວສູງສຸດ ເທູ່ າົ ໃດ? ວທິ ແີ ກ:້ ຈາກການພວົ ພນັ E K max eV0 1 mv2 2 ຈະໄດພ້ ະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນສູງສຸດຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ EKmax e(1,50) 1,50eV = (1,6 x 10-19) x (1,5) = 2,4 x 10-19 J ພະລງັ ງານເດນີ ສູງສຸດຂອງເອເລກັ ຕຣອນເທູ່ າົ ກບັ 1,5 eV ຫຼ 2,4 x 10-19 J ຊອກຫາຄວາມໄວຂອງເອເລກັ ຕຣອນຈາກພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນ ໃນນເີ້ ລກັ ຕຣອນມວນສານ m = 9,11 x 10-31 kg E K max 1 mv2 2 v 2EKmax 2 2, 41019 7, 26105 m / s m 9,111031 ສະນນັ້ , ຄວາມໄວສູງສຸດຂອງເອເລກັ ຕຣອນເທູ່ າົ ກບັ 7, 26105 m / s 31
ຕວົ ຢູ່ າງ 3.6. ການທດົ ລອງຊາກຫາຄູ່ າຕໍາລາງານ ແລະ ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Planck ຈາກຂໍມ້ ນູ ການທດົ ລອງ ດູ່ ງັ ຮູບ 3.4. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄູ່ າຕໍາລາງານ ແລະ ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Planck. ຮູບທີ 3.4. ເສນັ້ ສະແດງການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງ V0 ກບັ F. ວທິ ແີ ກ:້ ຂຽນສມົ ຜນົ ເພູ່ ອໃຊວ້ ເິ ຄາະຈາກເສນັ້ ສະແດງການພວົ ພນັ EKmax hf ຜນົ ການທດົ ລອງເປັນການວດັ ແທກຄູ່ າຂອງຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ຢຸດຢັງ້ V0 ເທງິ ແກນຕງັ້ ແລະ ຄວາມຖູ່ ີຂອງ ແສງ f ທູ່ ແີ ກນນອນ ຈດັ ຮູບສມົ ຜນົ ໃຫສ້ ອດຄູ່ ອງກບັ ສມົ ຜນົ ເສນັ້ ຊູ່ ຈາກຂມໍ້ ນູ ການທດົ ລອງ. eV = hf – ϕ V0 h f e e ຈາກສມົ ຜນົ ຄວາມຊນັ (ຄວາມເນງີ້ ) ຂອງເສນັ້ ສະແດງຄ h/e ແລະ ຈດຸ ຕດັ ແກນຄ - ϕ/e ຈາກເສນັ້ ສະແດງຈດຸ ຕດັ ແກນຕງັ້ ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ກບັ -1,5 V ຊອກຫາຄູ່ າຕາໍ ລາງານຈາກ 1,5V e 1,5eV ຕໍາລາງານຂອງຜວິ ໂລຫະທູ່ ໃີ ຊກ້ ານທດົ ລອງເທູ່ າົ ກບັ 1,5eV ຈາກເສນັ້ ສະແດງ ເສນັ້ ຊູ່ ຄວບຄຸມຊູ່ ວງຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ປະມານ 4,5 V ແລະ ຄວບຄຸມຊູ່ ວງຂອງຄວາມຖູ່ ີ ປະມານ 11,5 x 1014 Hz. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຄວາມຊນັ ຂອງເສນັ້ ສະແດງເທູ່ າົ ກບັ : h 4,5 V e 11,51014 Hz h 3,911015eV.s h 6, 261034 J.s ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Planck ຈາກການທດົ ລອງ 6, 261034 J.s ຕວົ ຢູ່ າງ 3.7. ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນຈາກແຜູ່ ນຄໍາ ມຄີ ູ່ າຕໍາລາງານ 5,1 eV ຈະຕອ້ ງໃຊແ້ ສງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຖູ່ ີເລູ່ ມີ ຕນົ້ (ຫຼ ຄວາມຍາວຄນ້ ສູງສຸດ) ເທູ່ າົ ໃດ? ເພູ່ ອເຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ ຖາ້ ແສງຄວາມຍາວຄນ້ 200 nm ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນສູງສຸດຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ໃດ? ວທິ ແີ ກ:້ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ ການພວົ ພນັ . EKmax hf 32
ຄວາມຖູ່ ີເລູ່ ມີ ຕນົ້ ຄຄວາມຖູ່ ີ ທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫເ້ ອເລກັ ຕຣອນເອາົ ຊະນະພະລງັ ງານຢດໜູ່ ຽວ ແລວ້ ຫຸຼດອອກຈາກ ແຜູ່ ນໂລຫະພດໍ ີ (ໂດຍບູ່ ໍມພີ ະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນ). 0 hf0 f0 5,1 eV 1, 231015 Hz h 4,14 1015 eV.s ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຄວາມຖູ່ ເີ ລູ່ ມີ ຕນົ້ ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ກບັ 1, 231015 Hz ຖາ້ ຄດິ ເປັນຄວາມຍາວຄນ້ ເທູ່ າົ ກບັ f00 c 0 c 1, 3108 m/s 243nm f0 231015 1/ s ແສງທູ່ ໃີ ຊຕ້ ອ້ ງມຄີ ວາມຖູ່ ສີ ູງກວູ່ າ f0 ຫຼ ຄວາມຍາວຄນ້ ນອ້ ຍກວູ່ າ 0 243nm ເພູ່ ອເຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ໂຟໂຕ ເອເລກັ ຕຣອນ. ຖາ້ ໃຊແ້ ສງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ 200 nm ໂຟຕອນຈະມພີ ະລງັ ງານຫຼາຍກວູ່ າຕໍາລາງານ, ສູ່ ວນຄວາມແຕກ ຕູ່ າງຂອງພະລງັ ງານນຈີ້ ະເປັນພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງໂຟຕອນ EKmax hf E K max hc EKmax 4,141015 3108 51 200 109 EKmax 6, 21 5,1 1,11eV ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນສູງສຸດຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນເທູ່ າົ ກບັ 1,11eV . ຖາ້ ຄວາມຖູ່ ຂີ ນັ້ ຕູ່ າໍ ຄພະລງັ ງານເລູ່ ມີ ຕນົ້ ທູ່ ເີ ອເລກັ ຕຣອນຈະຫຸດຼ ອອກມາ EKmax 0. hf0 ດູ່ ງັ ນນັ້ , hc 41015 3108 240nm 5,1 240nm 2.1. ລງັ ສເີ ອກຊ໌ (X-Rays) ໃນປີ ຄ.ສ 1895 Wilhelm K. Roentgen ໄດຄ້ ນົ້ ພບົ ລງັ ສເີ ອກຊໂ໌ ດຍບງັ ເອນີ ໃນຂະນະທູ່ ເີ ຮດັ ການທດົ ລອງກູ່ ຽວກບັ ລງັ ສກີ າໂຕດ. Roentgen ໃຊເ້ ຈຍ້ ສີດໍາປົກຫຼອດລງັ ສີກາໂຕດ ເພູ່ ອສກຶ ສາເຖງິ ຄວາມທບແສງຂອງ ແຜູ່ ນເຈຍ້ ດູ່ ງັ ກູ່ າວ. ໃນຂະນະທູ່ ເີ ຮດັ ການທດົ ລອງຢູ່ ູໃນຫອ້ ງມດ, Roentgen ສງັ ເກດເຫນັ ວູ່ າ ທາດແບຣຽມ (Ba) ທູ່ ວີ າງຢູ່ ູຫູ່ າງໄກຈ້ າກຫຼອດລງັ ສກີ າໂຕດເກດີ ມແີ ສງຮູຸ່ງຂນຶ້ . ເຊູ່ ງິ ເປັນທູ່ ຮີ ູຈ້ ກັ ກນັ ດໃີ ນສະໄໝນນັ້ ວູ່ າ ທາດຊະນດິ ນຈີ້ ະ ເຮອງແສງໄດກ້ ໍຕູ່ ໍເມູ່ ອໄດຮ້ ບັ ລງັ ສເີ ໜອມູ່ ວງ (Ultraviolet. UV) ເທູ່ າົ ນນັ້ . ແຕູ່ ການທດົ ລອງໃນຂະນະນນັ້ ຍງັ ບູ່ ໍມີ ແຫູ່ ຼງກໍາເນດີ ລງັ ສີເໜອມູ່ ວງເລີຍ, ສູ່ ວນລງັ ສກີ າໂຕດກໍບູ່ ໍສາມາດເຄູ່ ອນທູ່ ອີ ອກຈາກຫຼອດສູນຍາກາດໄປຫາທາດ ແບຣຽມໄດ້ ເພາະວູ່ າໂດຍປົກກະຕລິ ງັ ສກີ າໂຕດສາມາດເຄູ່ ອນທູ່ ຜີ ູ່ ານອາກາດໄດພ້ ຽງ 2-3 cm ເທູ່ າົ ນນັ້ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , Roentgen ຈູ່ ງຶ ສະຫຸຼບວູ່ າ ສູ່ ງິ ທູ່ ີເຮດັ ໃຫທ້ າດແບຣຽມມແີ ສງຮູຸ່ ງຂນຶ້ ຕອ້ ງແມູ່ ນລງັ ສບີ າງຢູ່ າງ ເຊູ່ ງິ ຍງັ ບູ່ ໍມໃີ ຜຮູມ້ າ 33
ກູ່ ອນ. ລງັ ສດີ ູ່ ງັ ກູ່ າວນຕີ້ ອ້ ງເກດີ ຂນຶ້ ຈາກຫຼອດລງັ ສກີ າໂຕດ ແລະ ສາມາດທະລຸຜູ່ ານເຈຍ້ ສດີ ໍາໄປຫາທາດແບຣຽມ ໄດ.້ ສະນນັ້ , Roentgen ຈູ່ ງຶ ເອນີ້ ລງັ ສນີ ວີ້ ູ່ າ ລງັ ສເີ ອກຊ໌ (X-rays). ສກຶ ສາຕູ່ ໍມາພບົ ວູ່ າ ລງັ ສີເອກຊ໌ ສາມາດທະລຸຜູ່ ານວດັ ຖຸທູ່ ີບາງໆໄດ້ ແລະ ມຄີ ວາມໜາແໜນ້ ຕູ່ ໍາໄດເ້ ຊູ່ ນັ : ແຜູ່ ນເຈຍ້ , ໄມ,້ ຈລຸ ງັ ຂອງສູ່ ງິ ທູ່ ມີ ຊີ ວີ ດິ ໄດ.້ ແຕູ່ ເມູ່ ອເຄູ່ ອນທູ່ ຜີ ູ່ ານວດັ ຖຸທູ່ ມີ ຄີ ວາມໜາແໜນ້ ສູງເຊູ່ ນັ : ພລາສຕນີ ໍາ (Pt), ຊນ (Pb), ກະດກູ ,... ຄວາມສາມາດໃນການທະລຸຜູ່ ານຈະຫຸຼດລງົ . ເມູ່ ອລງັ ສເີ ອກັ ຊເ໌ ຄູ່ ອນທູ່ ຜີ ູ່ ານບໍລເິ ວນທູ່ ມີ ີ ທູ່ ງົ ໄຟຟາ້ ແລະ ທູ່ ງົ ແມູ່ ເຫກຼັ , ລງັ ສເີ ອກຊຈ໌ ະບູ່ ໍມກີ ານບູ່ ຽງເບນທດິ ທາງ. ນນັ້ ສະແດງວູ່ າ ລງັ ສເີ ອກຊ໌ ອາດເປັນຄນ້ ຫຼ ເປັນອະນຸພາກທູ່ ຈີ າວໄຟຟາ້ ໄດ.້ ໃນປີ ຄ.ສ 1913 ທູ່ ານ Max von Laue ໄດທ້ ດົ ລອງວດັ ແທກຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງລງັ ສເີ ອກຊ໌ ດວ້ ຍວທິ ີ ການສະທອ້ ນກະຈາຍຂອງລງັ ສເີ ອກັ ຊ໌ ເມູ່ ອໄປກະທບົ ກບັ ອາຕອມຂອງທາດ. ຜນົ ການທດົ ລອງພບົ ວູ່ າ ຄວາມຍາວ ຄນ້ ຂອງລງັ ສເີ ອກັ ຊມ໌ ຄີ ູ່ າຢູ່ ູລະຫວູ່ າງ 1,3 x 10-11 m ຫາ 4,8 x 10-11 m. ຈາກນນັ້ , ຈູ່ ງຶ ເປັນທູ່ ຍີ ອມຮບັ ກນັ ວູ່ າ ລງັ ສເີ ອກຊ໌ ເປັນຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ . ລງັ ສເີ ອກຊ໌ ເປັນຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ (ຄກນັ ກບັ ຄນ້ ແສງ) ທູ່ ມີ ຄີ ວາມຖູ່ ສີ ູງ, ລງັ ສເີ ອກຊ໌ ເຮດັ ໄດໂ້ ດຍເລູ່ ງັ ເອ ເລກັ ຕຣອນຜູ່ ານຜນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ສູງ V ເຂາົ້ ຊນົ ກບັ ເປົາ້ ໂລຫະ. ເມູ່ ອເອເລກັ ຕຣອນເຂາົ້ ໄປຍງັ ຜວິ ໂລຫະ, ເອ ເລກັ ຕຣອນຈະເກດີ ການບູ່ ຽງເບນທດິ ທາງການເຄູ່ ອນທູ່ .ີ ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າໄຟຟາ້ ບນັ ຈໃຸ ນໂລຫະເຮດັ ໃຫເ້ ອເລກັ ຕຣອນ ເສຍພະລງັ ງານ. ພະລງັ ງານນຈີ້ ະປົດປູ່ ອຍອອກມາໃນຮູບແບບຂອງຄນ້ ໄຟຟາ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ຫຼ ໂຟໂຕລງັ ສເີ ອກຊ,໌ ເນູ່ ອງ ຈາກເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ີຊນົ ເຂາົ້ ກບັ ໂລຫະແຕູ່ ລະຄງັ້ ມລີ ກັ ສະນະແຕກຕູ່ າງກນັ ຄ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ໄີ ດຈ້ ູ່ ງຶ ມຄີ ູ່ າ ພະລງັ ງານທູ່ ີກະຈາຍເປັນຊູ່ ວງ. ໃນນ,ີ້ ຂອບເຂດຂອງພະລງັ ງານສູງສຸ ດໄດຈ້ າກກໍລະນທີ ູ່ ີເອເລກັ ຕຣອນຊົນເປົ້າ ໂລຫະຢູ່ າງຈງັ , ຈູ່ ງຶ ເຮດັ ໃຫເ້ ອເລກັ ຕຣອນສູນເສຍພະລງັ ງານທງັ ໝດົ ໃນຮູບແບບໂຟຕອນລງັ ສເີ ອກຊ,໌ ລງັ ສເີ ອກຊ໌ ທູ່ ີ ໄດຈ້ ະມພີ ະລງັ ງານສູງສຸດເທູ່ າົ ກບັ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ເີ ຂາົ້ ຊນົ ກບັ ເປົາ້ ໂລຫະ. EKmax eV hfmax (3.9) ຫວຼ ູ່ າ ລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ໄີ ດຈ້ ະມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ທູ່ ສີ ຸດເທູ່ າົ ກບັ eV hfmax eV hc min min hc ຫຼວູ່ າ min 1240 (3.10) eV V ຮູບທີ 3.5. ຫອຼ ດລງັ ສເີ ອກຊ.໌ 34
ຕົວຢູ່ າງ 3.8. ການເກີດລງັ ສີເອກຊ໌ ທູ່ ີເປັນສະເປັກຕຣໍາຕູ່ ໍເນູ່ ອງ, ເກດີ ຈາກການເລູ່ ັງເອເລັກຕຣອນດວ້ ຍຜົນລົບ ລະດບັ ໄຟຟ້າ 40 kV ຊນົ ກບັ ເປົາ້ ໂລຫະຊະນດິ ໜູ່ ຶງຈະໃຫລ້ ງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ມີ ີພະລງັ ງານສູງສຸ ດເທູ່ ົາໃດ ແລະ ມຄີ ູ່ າ ພະລງັ ງານນສີ້ ອດຄູ່ ອງກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ເທູ່ າົ ໃດ? ວທິ ແີ ກ:້ ພະລງັ ງານຂອງລງັ ສເີ ອກຊຈ໌ ະມຄີ ູ່ າສູງສຸດເທູ່ າົ ກບັ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງເອເລກັ ຕຣອນ. E eV E 40103eV 40KeV ໂຟຕອນມພີ ະລງັ ງານ 40 keV ສອດຄູ່ ອງກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ເທູ່ າົ ກບັ hc E hc 4,141015 3108 eV.s.m / s 31,1pm E 40 103 eV 31,1pm ; ຕອບ: ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງໂຟຕອນເທູ່ າົ ກບັ 31,1pm ຕວົ ຢູ່ າງ 3.9. ຫຼອດລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ມີ ຜີ ນົ ລບົ ລະດບັ ໄຟຟາ້ ຢູ່ ູລະຫວູ່ າງສອງຂວົ້ ເທູ່ າົ ກບັ 100 kV ຈະສາມາດຜະລດິ ລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ທູ່ ສີ ຸດເທູ່ າົ ໃດ? ວທິ ແີ ກ:້ ຈາກສມົ ຜນົ min hc ເມູ່ ອແທນຄູ່ າໃສຈະໄດ້ eV min hc 6, 631034 Js 3108 m / s 12, 41012 m 12, 4pm eV (1, 61019 C)(1105 V) ສະນນັ້ , ລງັ ສເີ ອກຊມ໌ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ທູ່ ສີ ຸດເທູ່ າົ 12,4 pm. 2.2. ຄຸນລກັ ສະນະຂອງລງັ ສເີ ອກຊ໌ (X-rays) ຄຸນລກັ ສະນະຂອງລງັ ສເີ ອກັ ຊໂ໌ ດຍທູ່ ວົ ໄປມຄີ ດູ່ ງັ ລູ່ ຸມນ:ີ້ 1). ບູ່ ບໍ ູ່ ຽງເບນໃນທູ່ ງົ ແມູ່ ເຫຼກັ ແລະ ທູ່ ງົ ໄຟຟາ້ . 2). ເປັນຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ທູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ . 3). ມຄີ ວາມສາມາດໃນການທະລຸຜູ່ ານວດັ ຖຸໄດດ້ .ີ 4). ສາມາດເຮດັ ໃຫແ້ ກ໊ີ້ສແຕກຕວົ ເປັນໄອອອນ (Ion) ໄດ.້ 5). ເຮດັ ໃຫທ້ າດເຮອງແສງເກດີ ມກີ ານເຮອງແສງໄດ.້ 6). ເຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ການປະຕກິ ລິ ຍິ າກບັ ແຜູ່ ນຟີມໄດ.້ 7). ລງັ ສເີ ອກຊມ໌ ອີ ນັ ຕະລາຍ ແລະ ທາໍ ລາຍເຊວລຂ໌ ອງສູ່ ງິ ທູ່ ມີ ຊີ ວີ ດິ ໄດ.້ 8). ເມູ່ ອລງັ ສເີ ອກຊ໌ ກະທບົ ໃສູ່ ກບັ ແຜູ່ ນໂລຫະ ສາມາດເຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ປາກດົ ການໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣກິ ໄດ.້ 2.3. ການນາໍ ໃຊລ້ ງັ ສເີ ອກັ ຊ໌ ຫຼງັ ຈາກການສກຶ ສາຄຸນລກັ ສະນະຕູ່ າງໆຂອງລງັ ສເີ ອກຊແ໌ ລວ້ ກໍໄດນ້ ໍາເອາົ ລງັ ສເີ ອກຊໄ໌ ປໃຊປ້ ະໂຫຍດໃນ ດາ້ ນຕູ່ າງໆລູ່ ຸມນ:ີ້ - ດາ້ ນການແພດ: ໃຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊກ໌ ວດວເິ ຄາະເຊອ້ ພະຍາດທູ່ ເີ ກດີ ກບັ ອະໄວຍະວະຂອງຮູ່ າງກາຍ, ໃຊລ້ ງັ ສີ ເອກັ ຊ໌ ຖູ່ າຍຮູບຄວາມຜດິ ປົກກະຕຂິ ອງກະດູກສູ່ ວນຕູ່ າງໆໃນຮູ່ າງກາຍຄນົ ເຈບັ ທູ່ ເີ ກດີ ຈາກອຸປະຕເິ ຫດ. 35
- ດາ້ ນຄວາມປອດໄພ: ໃຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊກ໌ ວດຄນົ້ ຫາອາວຸດ, ວດັ ຖຸລະເບດີ ແລະ ວດັ ຖຸຕອ້ ງຫາ້ ມທູ່ ເີ ປັນໂລ ຫະ ແລະ ແຮູ່ ທາດຕູ່ າງໆ ທູ່ ຊີ ຸ ກເຊູ່ ອງຢູ່ ູໃນຫບີ ຫຼ ໃນກະເປົາເດນີ ທາງກູ່ ອນຂນຶ້ ເຮອບນິ ໂດຍບູ່ ໍຕອ້ ງໄຂຫບີ ຫຼ ໄຂ ເປົາ. - ດາ້ ນອຸດສາຫະກໍາ: ໃຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊກ໌ ວດສອບຫາຮອຍແຕກແຫງຂອງໂຄງສາ້ ງຕູ່ າງໆຂອງເຄູ່ ອງຈກັ ແລະ ອູ່ ນໆ. - ການກວດເບູ່ ງິ ໂຄງສາ້ ງຂອງຜກຶ : ໃຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊກ໌ ວດເບູ່ ງິ ໂຄງສາ້ ງຜກຶ ຂອງທາດຕູ່ າງໆ ເນູ່ ອງຈາກອາຕອມ ຂອງຜຶກຈດັ ລຽງຢູ່ າງເປັນລະບຽບ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ການສາຍລງັ ສີເອກຊ໌ ເຊູ່ ິງເປັນຄນ້ ທູ່ ີມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ສນັ້ ຜູ່ ານຜກຶ , ໄລຍະຫູ່ າງລະຫວູ່ າງອາຕອມຂອງຜກຶ ເຮດັ ໜາ້ ທູ່ ເີ ກຼດັ ຕງິ (ແກວ້ ຫູ່ ຼຽມ) ອນັ ໜູ່ ງຶ . ການທດົ ລອງສາຍລງັ ສເີ ອກຊໃ໌ ສູ່ ຜກຶ ຂອງທາດຕູ່ າງໆ ທູ່ ານ ບຣກັ (William H. Bragg) ໄດຮ້ ູບລວດລາຍທູ່ ເີ ກດີ ຈາກການສອດສະຫບຼັ ໃນແຜູ່ ນຟີມ. ຮູບທີ 3.6. ການນໍາໃຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊ.໌ 3. ປະກດົ ການຄອມຕນັ (Compton effect) 3.1. ການທດົ ລອງປະກດົ ການຄອມຕນັ ໃນປີ ຄ.ສ 1923 ທູ່ ານ ຄອມຕນັ (Arthur H. Compton) ແລະ ເດບີ າຍ (Peter Debye) ໄດເ້ ຮດັ ການ ທດົ ລອງ ໂດຍສາຍລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ມີ ຄີ ວາມຍາວຄນ້ ຄູ່ າໃດໜູ່ ງຶ ໃສູ່ ເອເລກັ ຕຣອນແທູ່ ງກຣາໄຟ (Graphite), ປະກດົ ວູ່ າມເີ ອເລກັ ຕຣອນ ແລະ ລງັ ສເີ ອກຊສ໌ ະທອ້ ນກະຈາຍອອກມາ ດູ່ ງັ ຮູບ 3.8. ເມູ່ ອວດັ ແທກຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງລງັ ສເີ ອກຊ໌ ທູ່ ີສະທອ້ ນກະຈາຍອອກເປັນມູມຕູ່ າງໆ ພບົ ວູ່ າຄູ່ າຄວາມ ຍາວຄນ້ ທູ່ ສີ ະທອ້ ນກະຈາຍເປັນອດັ ຕາພວົ ພນັ ກງົ ກບັ ມູມສະທອ້ ນກະຈາຍ. ລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ີບູ່ ຽງອອກຈາກທດິ ທາງ ເດມີ ຫຼາຍເທູ່ າົ ໃດ ຄູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ກໍຍູ່ ງິ ສູງ ແລະ ຄູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ປີ ູ່ ຽນແປງນນັ້ ບູ່ ໍໄດຂ້ ນຶ້ ກບັ ຄວາມເຂມັ້ ຂອງ ລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ມີ າກະທບົ ໃສູ່ . ປະກດົ ການດູ່ ງັ ກູ່ າວເອນີ້ ວູ່ າ: ປະກດົ ການຄອມຕນັ . ຜົນການທົດລອງດູ່ ັງກູ່ າວນີ້ ບູ່ ໍສາມາດອະທິບາຍໄດດ້ ວ້ ຍທິດສະດີຄນ້ ແມູ່ ເຫຼັກໄຟຟ້າຂອງແມກັ ແວວ (Maxwell), ເພາະລງັ ສເີ ອກຊ໌ ເປັນຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ , ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງລງັ ສເີ ອກັ ຊ໌ ທູ່ ສີ ະທອ້ ນກະຈາຍອອກ ມາ ຂນຶ້ ກບັ ຄວາມເຂມັ້ ແລະ ໄລຍະເວລາທູ່ ສີ າຍລງັ ສເີ ອກັ ຊໄ໌ ປໃສູ່ ແຜູ່ ນໂລຫະ. ຄອມຕນັ ໄດໃ້ ຊແ້ ນວຄດິ ທູ່ ວີ ູ່ າ ລງັ ສີ ເອກຊທ໌ ູ່ ີມຄີ ວາມຖູ່ ີ f ເປັນໂຟຕອນທູ່ ີມພີ ະລງັ ງານເທູ່ າົ ກບັ hf ແລະ ມປີ ະລມິ ານເດນີ ເຄູ່ ອນ hf/c ຄກນັ ກບັ ອະນຸ ພາກ. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ການຕໍາກນັ ລະຫວູ່ າງໂຟຕອນ ກບັ ເອເລກັ ຕຣອນໃນແຜູ່ ນໂລຫະເປັນການຕາໍ ຂອງອະນຸພາກ ເຊູ່ ງິ ເປັນ ໄປຕາມກດົ ເກນຮກັ ສາພະລງັ ງານ ແລະ ກດົ ເກນຮກັ ສາປະລມິ ານເດນີ ເຄູ່ ອນ. ແນວຄດິ ດູ່ ງັ ກູ່ າວ ສອດຄູ່ ອງກບັ ຜົນ ການວດັ ແທກຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງລງັ ສເີ ອກຊ໌ ທູ່ ສີ ະທອ້ ນກະຈາຍອອກມາໄດ.້ 36
Arthur H. Compton ຄ.ສ 1892-1962 ນກັ ຟີຊກິ ຊາວອາເມລກິ າ ໄດຮ້ ບັ ລງັ ວນັ ໂນເບວສາຂາຟຊີ ກິ ໃນປີ ຄສ. 1927 ຈາກການຄນົ້ ພບົ ການ ກະຈາຍຂອງລງັ ສເີ ອກຊ໌ ໂດຍ ອະນຸພາກທູ່ ບີ ນັ ຈໄຸ ຟຟາ້ ເຊູ່ ງິ ເອນີ້ ວູ່ າ ປາກດົ ການຄອມຕນັ . ຮູບທີ 3.7. ທູ່ ານ ຄອມຕນັ (Compton) ເມູ່ ອລງັ ສເີ ອກຊ໌ ຕກົ ກະທບົ ເປົາ້ ໂຟຕອນຈະໄປຕໍາກບັ ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຢີ ູ່ ູໃນເປົາ້ , ເຮດັ ໃຫໂ້ ຟຕອນບູ່ ຽງເບນ ອອກຈາກແນວການຊນົ , ເມູ່ ອໂຟຕອນຕກົ ກະທບົ ເປົາ້ ຈະຖູ່ າຍເທພະລງັ ງານໃຫກ້ ບັ ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຢີ ູ່ ູໃນເປົາ້ ເຮດັ ໃຫໂ້ ຟຕອນສູນເສຍພະລງັ ງານ ແລະ ບູ່ ຽງເບນອອກຈາກທດິ ທູ່ ເີ ຂາົ້ ຊນົ ປະກອບເປັນມູມກະຈາຍ (θ). ພະລງັ ງານທູ່ ີ ສູນເສຍໄປເຮດັ ໃຫໂ້ ຟຕອນທູ່ ກີ ະຈາຍ ຫຼ ບູ່ ຽງເບນອອກມາມຄີ ູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ເພູ່ ມີ ຂນຶ້ , ຄູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ທູ່ ປີ ູ່ ຽນ ໄປນເີ້ ອນີ້ ວູ່ າ ການເຄູ່ ອນທູ່ ຄີ ອມຕນັ (Compton Shift) ເຊູ່ ງິ ພວົ ພນັ ກບັ ມູມກະຈາຍດູ່ ງັ ນ:ີ້ ຮູບທີ 3.8. ການສະທອ້ ນກະຈາຍຂອງເອເລກັ ຕຣອນ ແລະ ລງັ ສເີ ອກຊ.໌ ' h 1 cos (3.11) mec ໂດຍທູ່ ີ me ເປັນມວນສານຂອງເອເລກັ ຕຣອນມຄີ ູ່ າຄງົ ທູ່ ີ h / (mec) 2, 43pm ຫຼວູ່ າ o ເອນີ້ ວູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ຄອມຕນັ (Compton wave length). h / (mec) 0, 0243A ຜນົ ການທດົ ລອງຂອງຄອມຕນັ ເປັນການທດົ ລອງທູ່ ສີ ະໜບັ ສະໜູນແນວຄດິ ຂອງໄອສະຕາຍທູ່ ວີ ູ່ າ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ສາມາດສະແດງບດົ ບາດເປັນອະນຸພາກໄດ.້ ແນວຄວາມຄດິ ນໄີ້ ດເ້ ຮດັ ໃຫນ້ ກັ ຟີຊກິ ຊາວຟຣູ່ ງັ ເສດ ຊູ່ ວູ່ າ Louis V. de Broglie ສະເໜຄີ ວາມຄດິ ວູ່ າ ໃນທາງກບັ ກນັ ອະນຸພາກກໍສະແດງຄຸນລກັ ສະນະເປັນຄນ້ ໄດ.້ ເຊູ່ ງິ ຄວາມຄດິ ຂອງເຂາົ ນສີ້ າມາດຕອບຄໍາຖາມກູ່ ຽວກບັ ອາຕອມຂອງ ທູ່ ານ Bohr ທູ່ ເີ ວາົ້ ວູ່ າ ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ເີ ຄູ່ ອນທູ່ ີ ອອ້ ມນວິ ຄຼຽສເປັນວງົ ຈອນຮູບວງົ ມນົ , ບາງວງົ ບູ່ ໍມກີ ານແຜູ່ ຄນ້ ແມູ່ ເຫກຼັ ໄຟຟາ້ ສມົ ບູນຂນຶ້ ໄດ.້ ຕົວຢູ່ າງ 3.10. ການກະຈາຍຄອມຕນັ ໃນການກະເຈງິ ຄອມຕນັ ລັງສີເອກຊຄ໌ ວາມຍາວຄນ້ 1,2 x 10-9 m ໄປ ກະທບົ ກບັ ເປົາ້ ແລະ ກະເຈງິ ອອກເປັນມມູ 60 ອງົ ສາ, ຈະມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ປູ່ ຽນໄປເທູ່ າົ ໃດ? 37
ວທິ ແີ ກ:້ ຈາກການພວົ ພນັ h 1 cos mec ທູ່ ມີ ູມກະເຈງິ 60 ລງັ ສເີ ອກຊທ໌ ູ່ ກີ ະເຈງິ ອອກມາຈະມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ປູ່ ຽນໄປ 2, 431012 1 cos 60 2, 431012 1 0,5 1, 221012 pm ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງລງັ ສເີ ອກຊປ໌ ູ່ ຽນແປງແມູ່ ນ 1, 221012 pm ຕວົ ຢູ່ າງ 3.11. ຈູ່ ງົ ພສິ ູດສມົ ຜນົ (3.11). ຮູບທີ 3.9. ການສະທອ້ ນກະຈາຍແບບ Compton. ວທິ ແີ ກ:້ ສງັ ເກດເບູ່ ງິ ໃນຮູບ 3.9 ໂຟຕອນໄດຖ້ ວູ່ າເປັນອະນຸພາກໜູ່ ງຶ ເຊູ່ ງິ ມພີ ະລງັ ງານ E hf hc ແລະ ມໂີ ມ ເມນັ ຕໍາ p h . ຕາມກດົ ເກນຮກັ ສາພະລງັ ງານເຮາົ ໄດ້ hc m0c2 hc mc2 ' ເມູ່ ອຍາ້ ຍຟາກແລວ້ ຍກົ ກໍາລງັ ສອງຈະໄດ້ (mc2 )2 h2c2 (2 '2 ) 2h2c2 2hm0c3 ( ' ) (m0c2 )2 (1) 2 '2 ' ' ເຮາົ ສາມາດສະແດງທດິ ທາງເວກັ ເຕໂີ ມເມນັ ຕໍາ ດູ່ ງັ ຮູບ 3.10 ຍອ້ ນວູ່ າ pe p p ' ຮູບທີ 3.10. ການສະແດງວທິ ບີ ວກເວກັ ເຕ.ີ 38
ຈະໄດ ້ pe2 p2 p '2 2pp ' h2 ( '2 2 2 'cos ) (2) 2 '2 ແທນ (1) ແລະ (2) ໃສູ່ ແບບຕງັ້ (mc2 )2 (pec)2 (m0c2 )2 ເຮາົ ມີ h2c2 (2 '2 ) 2h 2c2 2hm0 ( ' ) (m0c2 )2 2 '2 ' ' h2c2 (2 '2 ) 2 'cos (m0c2 )2 2 '2 ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຈະໄດ້ ' h (1 cos ) m0c ຕວົ ຢູ່ າງ 3.12. ລງັ ສເີ ອກັ ຊ໌ ມຄີ ວາມຍາວຄນ້ ເທູ່ າົ ກບັ o ຖກສະທອ້ ນກະຈາຍດວ້ ຍເອເລກັ ຕຣອນເຮດັ ໃຫ້ 0, 400 A ມນັ ບູ່ ຽງເປັນມມູ 90o . ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ປະລມິ ານການປູ່ ຽນແປງທຽບຖານຂອງຄວາມຍາວຄນ້ ລງັ ສເີ ອກັ ຊດ໌ ູ່ ງັ ກູ່ າວ. ວທິ ແີ ກ:້ ນາໍ ໃຊສ້ ມົ ຜນົ ' h 1 cos m0c o o 0, 0243 1 cos90 A 0, 0243A o ' 0.0243 A o o 0, 0608A 0.400 A 3.2. ຂໍສ້ ມົ ມຸດຂອງ ເດີ ບຣອຍ (Louis V. De Broglie) ໃນປີ ຄ.ສ 1924 De Broglie ໄດສ້ ະເໜີສມົ ຜົນສະແດງການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງຄວາມຍາວຄນ້ ແລະ ໂມເມນັ ຕໍາຂອງໂຟຕອນ, ໂດຍອາໄສທດິ ສະດສີ ໍາພນັ ທະພາບຂອງ ໄອສະຕາຍ. ເຊູ່ ງິ ເວາົ້ ເຖງິ ການພວົ ພນັ ລະຫວູ່ າງ ພະລງັ ງານ E ແລະ ມວນສານຂອງອະນຸພາກ m ດູ່ ງັ ສມົ ຜນົ : E mc2 (3.12) ໃນນີ້ c ເປັນຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນຍາກາດ. ໃນກໍລະນີອະນຸພາກເຄູ່ ອນທູ່ ີດວ້ ຍຄວາມໄວ v, ປະລມິ ານເດນີ ເຄູ່ ອນ (ໂມເມນັ ຕາໍ ) P ພວົ ພນັ ກບັ ຄວາມໄວຕາມສມົ ຜນົ ດູ່ ງັ ນ:ີ້ P mv (3.13) ເມູ່ ອແທນ m ຈາກສມົ ຜນົ (3.12) ຈະໄດ້ P Ev (3.14) c2 ຖາ້ ອະນຸພາກນຄີ້ ໂຟຕອນ ຄວາມໄວຂອງອະນຸພາກ v ຈະເທູ່ າົ ກບັ ຄວາມໄວຂອງແສງ c (v = c). ດູ່ ງັ ນນັ້ P Ev E (3.15) c2 c ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າພະລງັ ງານ E ຂອງໂຟຕອນທູ່ ມີ ຄີ ວາມຖູ່ ເີ ທູ່ າົ ກບັ f ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ກບັ hf ແລະ ຄວາມໄວຂອງແສງ c ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ກບັ fλ ເມູ່ ອແທນຄູ່ າ E ແລະ c ໃນສມົ ຜນົ (3.15) ຈະໄດ້ P h (3.16) 39
ສມົ ຜນົ (3.16) ສະແດງຄວາມສໍາພນັ ລະຫວູ່ າງໂມເມນັ ຕໍາ ແລະ ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງໂຟຕອນພອ້ ມດວ້ ຍ ຄູ່ າຄງົ ທູ່ ຂີ ອງ Planck. De Broglie ໄດສ້ ະເໜຂີ ໍສ້ ມົ ມຸດຖານເອີນ້ ວູ່ າ ຂໍສ້ ມົ ມຸດຂອງ De Broglie’s Hypothesis ເຊູ່ ງິ ມເີ ນອ້ ໃນດູ່ ງັ ນ.ີ້ ຖາ້ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ສະແດງຄຸນລກັ ສະນະຂອງອະນຸພາກໄດ,້ ອະນຸພາກກໍສະແດງຄຸນລກັ ສະນະຂອງຄນ້ ໄດເ້ ຊູ່ ນັ ດຽວກນັ . ຮູບທີ 3.11. Prince Louis Victor De Broglie. ສໍາລບັ ອະນຸພາກ ຫຼ ວດັ ຖຸ ທາດທູ່ ີມມີ ວນສານ m ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ c ຈະມປີ ະລມິ ານເດນີ ເຄູ່ ອນ ເທູ່ າົ ກບັ P = mv. ດູ່ ງັ ນນັ້ , ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງອະນຸພາກ ຫຼ ວດັ ຖຸທາດສາມາດຂຽນສມົ ຜນົ ໄດດ້ ູ່ ງັ ນ:ີ້ h (3.17) mv ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງອະນຸພາກ ຫຼ ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງວດັ ຖຸທາດ ຕາມສມົ ຜນົ (3.17) ເອນີ້ ວູ່ າ ຄວາມຍາວ ຄນ້ De Broglie Wavelength ຂອງອະນຸພາກ ຫຼ ວດັ ຖຸທາດ. ຫຼັງຈາກທູ່ ີ De Broglie ໄດສ້ ະເໜີຄວາມຄິດຂອງເພູ່ ິນແລວ້ , ຍັງມີນັກຟີຊິກອີກຫຼາຍໆ ທູ່ ານໄດ້ ພະຍາຍາມທດົ ສອບຄວາມເປັນໄປໄດຂ້ ອງສມົ ມຸດຖານດູ່ ງັ ກູ່ າວ ໂດຍຄດິ ວູ່ າ ຖາ້ ອະນຸພາກມຄີ ຸນລກັ ສະນະຂອງຄນ້ , ອະນຸພາກກູ່ ໍສະແດງຄຸນລກັ ສະນະສອດສະຫຼບັ ແລະ ການບູ່ ຽງໄດເ້ ຊູ່ ນັ ດຽວກນັ ກບັ ຄນ້ ທູ່ ວົ ໄປ. ອະນຸພາກທູ່ ໃີ ຊໃ້ ນ ການສກຶ ສາຄງັ້ ແລກກໍຄເອເລກັ ຕຣອນ ແຕູ່ ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຄີ ດິ ໄລູ່ ໄດຕ້ າມສມົ ຜນົ (3.16) ມຄີ ູ່ ານອ້ ຍຫາຼ ຍ. ເຖງິ ແມູ່ ນວູ່ າເອເລກັ ຕຣອນຈະມຄີ ວາມໄວນອ້ ຍປານໃດກຕໍ າມ ການໃຊແ້ ກວ້ ຫູ່ ຽຼ ມ ສາໍ ລບັ ກວດສອບຄຸນລກັ ສະນະຂອງແສງດູ່ ງັ ກູ່ າວນນັ້ ກໍຍງັ ບູ່ ໍໄດຜ້ ນົ ເພາະຈາກການສກຶ ສາຄນ້ . ເຮາົ ຮູວ້ ູ່ າຄວາມກວາ້ ງຂອງ ຊູ່ ອງແຄບຂອງແກວ້ ຫູ່ ຼຽມຕອ້ ງມຂີ ະໜາດໃກຄ້ ຽງກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ຈູ່ ງຶ ຈະເຮດັ ໃຫເ້ ກີດການບູ່ ຽງເບນໄດຫ້ ຼາຍ ແລະ ກຈໍ ະໄດຮ້ ູບຊດັ ເຈນຂນຶ້ . ໃນປີ ຄ.ສ 1925 ທູ່ ານ ເດວດິ ສນັ (Clinton J. Davisson) ແລະ ທູ່ ານ ເຈເີ ມີ (Lester A. Germer) ໄດທ້ ດົ ລອງຍງິ ເອເລກັ ຕຣອນໄປຕໍາໃສູ່ ຜກຶ (ມະນ)ີ ຂອງນແີ ກນ ປະກດົ ວູ່ າເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ີສະທອ້ ນອອກມາສະ ແດງຄຸນລກັ ສະນະການສອດສະຫຼບັ ແລະ ການບູ່ ຽງເບນຂອງແສງ. ແຕູ່ ເມູ່ ອຜູ່ ານບນັ ດາອາຕອມລຽງກນັ ຢູ່ າງເປັນ ລະບຽບໃນຜກຶ (ມະນ)ີ ໄດຜ້ ົນເປັນລກັ ສະນະດຽວກບັ ລງັ ສເີ ອກຊ໌ ແລະ ເມູ່ ອໃຊແ້ ຜູ່ ນກນັ້ ຂອບເສນັ້ ຊູ່ ຂວາງທາງ 40
ເດນີ ຂອງເລາົ ເອເລກັ ຕຣອນ, ເອເລກັ ຕຣອນກໍສະແດງລກັ ສະນະການບູ່ ຽງກູ່ ອນ ແລວ້ ໄປສອດສະຫຼບັ ກນັ ພາຍຫຼງັ ດູ່ ງັ ຮູບ 3.12. ເຊູ່ ງິ ເປັນລກັ ສະນະດຽວກບັ ການທດົ ລອງທູ່ ໃີ ຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊຂ໌ ອງນແີ ກນ. ຮູບທີ 3.12. ພາບສະແດງການບູ່ ຽງເບນ ແລະ ການສອດສະຫຼບັ ຂອງລກັ ສເີ ອກຊ.໌ (ກ) ເອລກຕຣອນ; (ຂ) ເມູ່ ອຜູ່ ານແຜູ່ ນກນັ້ ຂອບເສນັ້ ຊູ່ . ໃນປີຕູ່ ມໍ າ ທູ່ ານ ທອມສນັ (George P. Thomson) ໄດທ້ ດົ ລອງຍງິ ເອເລກັ ຕຣອນຄວາມໄວສູງ ຫຼ ລງັ ສີ ກາໂຕດຜູ່ ານແຜູ່ ນໂລຫະບາງເຊູ່ ນັ ອາລູມອີ ອມ, ເງນິ ແລະ ຄໍາ. ເຊູ່ ງິ ວູ່ າເອເລກັ ຕຣອນບູ່ ຽງເບນຜູ່ ານຜກຶ ໂລຫະໄປ ສອດສະຫບຼັ ກນັ ເຊູ່ ງິ ໃຫພ້ າບໃນລກັ ສະນະດຽວກບັ ການທດົ ລອງທູ່ ໃີ ຊລ້ ງັ ສເີ ອກຊ໌ ດູ່ ງັ ຮູບລູ່ ຸມນ:ີ້ ຮູບທີ 3.13. ສະແດງການບູ່ ຽງເບນ ແລະ ການສອດສະຫບຼັ ຂອງລງັ ສເີ ອກຊ.໌ (ກ) ຂອງເອເລກັ ຕຣອນ; (ຂ) ເມູ່ ອຜູ່ ານແຜູ່ ນອາລູມອີ ອມບາງໆ. ດູ່ ງັ ທູ່ ກີ ູ່ າວມາຂາ້ ງເທງິ ນນັ້ ຈູ່ ງຶ ສະຫຸຼບໄດວ້ ູ່ າ ຄນ້ ໄດສ້ ະແດງຄຸນລກັ ສະນະເປັນອະນຸພາກ ແລະ ອະນຸພາກກໍ ໄດສ້ ະແດງຄຸນລກັ ສະນະເປັນຄນ້ . ລກັ ສະນະດູ່ ງັ ກູ່ າວເອີນ້ ວູ່ າ ລັກສະນະຄວບຄູ່ ູຄນ້ ແລະ ເມດັ (Duality of wave and Particle). De Broglie ໄດໃ້ ຊທ້ ດິ ສະດີຂອງເພູ່ ນິ ອະທບິ າຍທດິ ສະດອີ າຕອມຂອງ ທູ່ ານ Bohr ທູ່ ີກູ່ າວໄວວ້ ູ່ າ ເອ ເລກັ ຕຣອນສາມາດເຄູ່ ອນທູ່ ອີ ອ້ ມຮອບນວິ ເຄຼຍ ໂດຍບູ່ ໍມກີ ານແຜູ່ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ເພາະວູ່ າເອເລກັ ຕຣອນ ມໂີ ມ ເມນັ ຕໍາທາງມູມ mvr ເທູ່ າົ ກບັ nћ ໂດຍ ທູ່ ານ Bohr ບູ່ ໍໄດພ້ ສິ ູດວູ່ າ ຍອ້ ນສາເຫດໃດຈູ່ ງຶ ເປັນແນວນນັ້ . ບນັ ຫາດູ່ ງັ ກູ່ າວ De Broglie ອະທບິ າຍວູ່ າ ເອເລກັ ຕຣອນໃນອາຕອມບູ່ ໍແຜູ່ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ ກໍເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ ເອເລກັ ຕຣອນ ເຄູ່ ອນທູ່ ີອອ້ ມຮອບນວິ ເຄຼຍ ສະແດງຄຸນລກັ ສະນະຂອງຄນ້ ຈງັ້ ເຊູ່ ງິ ສາມາດເກດີ ຂນຶ້ ໄດ້ ເມູ່ ອຄວາມຍາວຂອງເສນັ້ ຮອບວງົ ມຄີ ູ່ າເປັນຈາໍ ນວນຖວ້ ນເທູ່ າົ ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງເອເລກັ ຕຣອນນນັ້ ຄ: 2r n (3.18) 41
ດູ່ ງັ ນນັ້ 2r n h mv (3.19) mvr n h n 2 ຈາກເຫດຜນົ ທູ່ ກີ ູ່ າວມານນັ້ , ສາມາດວາດພາບຂອງເອເລກັ ຕຣອນໃນອາຕອມຮໂີ ດຣແຊນໄດ້ 2 ແບບຄ: - ແບບທໜີ ູ່ ງຶ : ເອເລກັ ຕຣອນເປັນອະນຸພາກເຄູ່ ອນທູ່ ອີ ອ້ ມນວິ ເຄຍຼ ໂດຍມໂີ ມເມນັ ຕາໍ ມູມ mvr ເປັນຄູ່ າຄງົ ທູ່ ີ ເທູ່ າົ ກບັ nћ ແລະ ບູ່ ໍມກີ ານແຜູ່ ຄນ້ ແມູ່ ເຫຼກັ ໄຟຟາ້ . - ແບບທີສອງ: ເອເລກັ ຕຣອນເປັນຄນ້ ຢູ່ ູໃນວງົ ທູ່ ີມຄີ ວາມຍາວຂອງວງົ ເທູ່ າົ ກັບຈາໍ ນວນຖວ້ ນເທູ່ າົ ຂອງ ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງເອເລກັ ຕຣອນນນັ້ . ຮູບທີ 3.14. ວງົ ໂຄຈອນຂອງເອເລກັ ຕຣອນອອ້ ມນວິ ເຄຍຼ ຕາມທດິ ສະດຂີ ອງ De Broglie. (ກ) ຊູ່ ວງຄວາມຍາວເສນັ້ ອອ້ ມວງົ ທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ຄນ້ ຈງັ້ . (ຂ) ຊູ່ ວງຄວາມຍາວເສນັ້ ອອ້ ມວງົ ທູ່ ບີ ູ່ ເໍ ຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ຄນ້ ຈງັ້ . ຕາມຂໍສ້ ມົ ມຸດຖານຂອງ De Broglie ສະເໜມີ ານນັ້ ບູ່ ໍວູ່ າອະນຸພາກຈະມມີ ວນສານເທູ່ າົ ໃດກໍຕາມຈະສະ ແດງຄຸນລກັ ສະນະຂອງຄນ້ ໄດທ້ ງັ ໝດົ , ຖາ້ ອະນຸພາກນນັ້ ມກີ ານເຄູ່ ອນທູ່ .ີ ດູ່ ງັ ນນັ້ , ການເຄູ່ ອນທູ່ ຂີ ອງຄຸນລກັ ສະນະ ດູ່ ງັ ກູ່ າວໄດ້ ຕອ້ ງຂນຶ້ ກບັ ຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງ De Broglie ຂອງອະນຸພາກນນັ້ ເຊູ່ ງິ ເຮາົ ພຈິ າລະນາໄດລ້ ູ່ ຸມນ.ີ້ ຕວົ ຢູ່ າງ 3.13. ຈູ່ ງົ ຄດິ ໄລູ່ ຄວາມຍາວຄນ້ De Broglie ຂອງ ກ. ວດັ ຖຸມມີ ວນສານ 1 kg ເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 1 m/s. ຂ. ເອເລກັ ຕຣອນເຄູ່ ອນທູ່ ດີ ວ້ ຍຄວາມໄວ 2 x 106 m/s. ວທິ ແີ ກ:້ ກ. ຈາກສມົ ຜນົ h 6, 631034 Js 6, 631034 m mv 1kg 1m / s 6, 631034 m ຂ. ຈາກສມົ ຜນົ h 6, 631034 Js / s 3, 641010 m mv 9,11031kg 2106 m 3, 641010 m 4. ຂະບວນການຜະລດິ ຄູ່ ູ ແລະ ຂະບວນການຫາຍເປັນຄູ່ ູ 4.1. ຂະບວນການຜະລດິ ຄູ່ ູ ແມູ່ ນຂະບວນການທູ່ ພີ ະລງັ ງານຂອງໂຟຕອນໜູ່ ງຶ ຕວົ ໄດປ້ ູ່ ຽນເປັນຄູ່ ູອະນຸພາກອູ່ ນຢູ່ າງສນິ້ ເຊງີ , ໝາຍຄວາມ ວູ່ າ ເມື່ ອໂຟຕອນໜູ່ ງຶ ຕວົ ໄດຫ້ າຍໄປ ຈະເກດີ ມຄີ ູ່ ູອະນຸພາກໃໝູ່ ຄ ເອເລກັ ຕຣອນ-ໂຟຊຕິ ອນຂນຶ້ ມາ. ໂຟຊຕິ ອນເປັນ 42
ອະນຸພາກທູ່ ຄີ າ້ ຍຄກນັ ກບັ ເອເລກັ ຕຣອນທຸກຢູ່ າງ ແຕູ່ ຖໄຟຟາ້ ບນັ ຈບຸ ວກ. ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າໄຟຟາ້ ບນັ ຈຕຸ ອນທໍາອດິ ຂອງ ລະບບົ ເທູ່ າົ ກບັ ສູນ, ເພູ່ ອຕອບສະໜອງຕາມກດົ ເກນຮກັ ສາໄຟຟາ້ ບນັ ຈ.ຸ ອະນຸພາກທງັ ສອງຕວົ ທູ່ ຜີ ະລດິ ອອກມາຈະ ຕອ້ ງມໄີ ຟຟາ້ ບນັ ຈຕຸ ູ່ າງເຄູ່ ອງໝາຍກນັ ເພູ່ ອຜະລດິ ໃຫໄ້ ດຄ້ ູ່ ູເມດັ ອະນຸພາກ, ໂຟຕອນຈະຕອ້ ງມພີ ະລງັ ງານຢູ່ າງນອ້ ຍ ເທູ່ າົ ກບັ ພະລງັ ງານມວນສານຢຸດໜງິ້ ຂອງຄື່ ເມດັ ອະນຸພາກ. ພະລງັ ງານໃນສູ່ ວນທູ່ ເີ ຫອຼ ຂອງໂຟຕອນທງັ ໝດົ ໄດປ້ ູ່ ຽນ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຂອງບນັ ດາເມດັ ອະນຸພາກທູ່ ເີ ກດີ ຂນຶ້ ໃໝູ່ . ຂະບວນການຜະລດິ ຄູ່ ູຈະບູ່ ໍສາມາດເກດີ ຂນຶ້ ໄດ້ ໃນບໍລເິ ວນເຂດຫວູ່ າງເປູ່ ົາ. ໂມເມນັ ຕໍາເກອບທງັ ໝດົ ຂອງ ໂຟຕອນຈະຖກດູດກນດວ້ ຍອະນຸພາກໜກັ (ນວິ ເຄຼຍ) ດູ່ ງັ ກູ່ າວ. ແຕູ່ ເນູ່ ອງຈາກວູ່ າ ນວິ ເຄຼຍໜກັ ມມີ ວນສານຂອ້ ນ ຂາ້ ງໃຫຍູ່ . ສະນນັ້ , ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນຖອຍຫງຼັ ຂອງມນັ ເຊູ່ ງິ ຄດິ ໄລູ່ ໄດຕ້ າມສມົ ຜນົ EK P2 ຈູ່ ງຶ ມຄີ ູ່ ານອ້ ຍບູ່ ໍພໍນບັ ເມູ່ ອທຽບກັບພະລງັ ງານຂອງຄູ່ ູເມດັ ອະນຸພາກທູ່ ີເກດີ ຂນຶ້ ໃໝູ່ . ດູ່ ງັ ນນັ້ , ເຮົາ 2M0 ຈູ່ ງຶ ນາໍ ໃຊກ້ ດົ ເກນຮກັ ສາພະລງັ ງານໃນການພຈິ າລະນາດູ່ ງັ ນ:ີ້ hf mc2 mc2 EK EK 2m0c2 (3.20) ຍອ້ ນວູ່ າໂຟຊຕິ ອນ ແລະ ເອເລກັ ຕຣອນມມີ ວນສານໜງິ້ ເທູ່ າົ ກນັ ຄ m0 9,111031kg 4.2. ຂະບວນການຫາຍເປັນຄູ່ ູ ກງົ ກນັ ຂາ້ ມກບັ ຂະບວນການຜະລດິ ຄູ່ ູ, ຂະບວນການຫາຍເປັນຄູ່ ູເປັນຂະບວນການທູ່ ຄີ ູ່ ູອະນຸພາກຄ ເອ ເລກັ ຕຣອນ-ໂຟຊຕິ ອນສູນເສຍໄປ, ໃນຂະນະດຽວກນັ ພດັ ປະກດົ ມສີ ອງ ຫຼ ຫຼາຍ ໂຟຕອນເກດີ ຂນຶ້ ມາ. ຂະບວນ ການຫາຍເປັນຄູ່ ູສາມາດເກດີ ຂນຶ້ ໄດນ້ ບັ ທງັ ບູ່ ອນວູ່ າງເປູ່ ົາ, ສາມາດນາໍ ໃຊຕ້ ອບສະໜອງຕາມເງູ່ອນໄຂກດົ ເກນຮກັ ສາ ພະລງັ ງານ ແລະ ກດົ ເກນຮກັ ສາໂມເມນັ ຕໍາ ໃນການພຈິ າລະນາ. ເພູ່ ອຕອບສະໜອງຕາມເງູ່ອນໄຂກດົ ເກນຮກັ ສາ ພະລງັ ງານ ແລະ ໂມເມນັ ຕາໍ ໃນຂະບວນການຫາຍເປັນຄູ່ ູ ຕອ້ ງມໂີ ຟຕອນເກດີ ຂນຶ້ ມາຢູ່ າງໜອ້ ຍສອງໂຕ. ອງີ ຕາມກດົ ເກນຮກັ ສາພະລງັ ງານເຮາົ ມ:ີ Ei Ef (3.21) ຫຼວູ່ າ 2m0c2 EK EK hf1 hf2 ອງີ ຕາມກດົ ເກນຮກັ ສາໂມເມນັ ຕາໍ ເຮາົ ມ:ີ Pi Pf ຫຼວູ່ າ m v mv hh (3.22) 2 k1 2 k2 ໃນນີ້ k ແມູ່ ນເວກັ ເຕຄີ ນ້ ເຊູ່ ງິ ມຄີ ູ່ າເທູ່ າົ ກບັ k 2 ຮູບທີ 3.15. ການສະແດງຂະບວນການຜະລດິ ຄູ່ .ູ ຮູບທີ 3.16. ສະແດງຂະບວນການຫາຍເປັນຄູ່ ູ. 43
ບດົ ເຝິກຫດັ 3 1. ຈູ່ ງົ ຊອກຫາຄວາມຍາວຄນ້ ຂອງໂຟຕອນຕູ່ ໄໍ ປນ:ີ້ ກ. ລງັ ສແີ ກມມາມພີ ະລງັ ງານ 1 MeV? ຂ. ລງັ ສເີ ອກຊມ໌ ພີ ະລງັ ງານ 1 keV? ຄ. ລງັ ສເີ ໜອມູ່ ວງມພີ ະລງັ ງານ 4 eV? ງ. ລງັ ສໃີ ຕແ້ ດງມພີ ະລງັ ງານ 1 eV? 2. ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນ ຄເອເລກັ ຕຣອນຊະນດິ ໃດ? ກ. ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ມີ ໄີ ຟຟາ້ ບນັ ຈຫຸ າຼ ຍກວູ່ າເອເລກັ ຕຣອນທາໍ ມະດາ ຂ. ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫເ້ ກດີ ປະຕກິ ລິ ຍິ າກບັ ຟີມຖູ່ າຍຮູບ ຄ. ເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ຫີ ຸຼດອອກຈາກຜວິ ໂລຫະ ໂດຍການສາຍເລາົ ແສງໃສູ່ ງ. ເອເລກັ ຕຣອນມໄີ ຟຟາ້ ບນັ ຈບຸ ວກ 3. ຄວາມຖູ່ ີເລູ່ ມີ ຕນົ້ (ຂິດເລູ່ ີມ) ຫຼ ຄວາມຖູ່ ີຕດັ ຂາດຂອງແສງທູ່ ີໃຊໃ້ ນປະກດົ ການໂຟໂຕເອເລັກຕຣິກຄແມູ່ ນ ຫຍງັ ? ກ. ຄວາມຖູ່ ທີ ູ່ ເີ ຮດັ ໃຫໂ້ ຟຕອນມພີ ະລງັ ງານເທູ່ າົ ກບັ ພະລງັ ງານຢດໜູ່ ຽວ ຂ. ຄວາມຖູ່ ແີ ສງທູ່ ພີ ດໍ ີ ເຮດັ ໃຫເ້ ອເລກັ ຕຣອນຫຸດຼ ອອກຈາກໂລຫະໄດພ້ ໍດີ ຄ. ຄວາມຖູ່ ແີ ສງທູ່ ເີ ຮດັ ໃຫໂ້ ຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນມພີ ະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນເທູ່ າົ ກບັ ສູນ ງ. ຖກໝດົ ທຸກຂໍ້ 4. ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນສູງສຸດຂອງໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນນນັ້ ຄ: ກ. ບູ່ ຂໍ ນຶ້ ກບັ ຄວາມເຂມັ້ ຂອງແສງທູ່ ມີ າຕກົ ກະທບົ ໃສູ່ ຂ. ຂນຶ້ ກບັ ກາໍ ລງັ ໜູ່ ງຶ ຂອງຄວາມເຂມັ້ ຂອງແສງທູ່ ມີ າຕກົ ກະທບົ ໃສູ່ ຄ. ຂນຶ້ ກບັ ກໍາລງັ ສອງຂອງຄວາມເຂມັ້ ຂອງແສງທູ່ ມີ າຕກົ ກະທບົ ໃສູ່ ງ. ຂນຶ້ ກບັ ຮາກຂນັ້ ສອງຂອງຄວາມເຂມັ້ ຂອງແສງທູ່ ມີ າຕກົ ກະທບົ ໃສູ່ 5. ຈາກການທດົ ລອງ ເພູ່ ອສກຶ ສາປະກດົ ການໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣກິ ຂໍສ້ ະຫຸຼບໃດຕູ່ ໄໍ ປນມີ້ ຄີ ວາມຖກຕອ້ ງ? ກ. ພະລງັ ງານສູງສຸດຂອງເອເລກັ ຕຣອນຂນຶ້ ຢູ່ ູກບັ ຄວາມເຂມັ້ ຂອງແສງເທູ່ າົ ນນັ້ ຂ. ສໍາລບັ ແສງທູ່ ມີ ຄີ ວາມຖູ່ ສີ ູງກວູ່ າຄວາມຖູ່ ຂີ ດີ ເລູ່ ມີ ຈາໍ ນວນໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນຈະເພູ່ ມີ ຫຼາຍຂນຶ້ ຄ. ເນູ່ ອງຈາກແສງມຄີ ຸນລກັ ສະນະເປັນຄນ້ ເມູ່ ອມຄີ ວາມເຂມັ້ ສູງ ກູ່ ໍຈະມພີ ະລງັ ງານຫຼາຍ ເຮດັ ໃຫໂ້ ຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນມພີ ະລງັ ງານຫຼາຍນາໍ ອກີ ງ. ເມູ່ ອແສງທູ່ ຕີ ກົ ກະທບົ ໃສູ່ ໂລຫະມຄີ ວາມຖູ່ ສີ ູງກວູ່ າຂດີ ເລູ່ ມີ ຕນົ້ ຈະເກດີ ໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນຂນຶ້ 6. ຂໃໍ້ ດລູ່ ຸມນີ້ ແມູ່ ນຜນົ ສະຫຸຼບຂອງປະກດົ ການໂຟໂຕເອເລກັ ຕຣກິ ? ກ. ເມູ່ ອແສງມຄີ ວາມຖູ່ ເີ ທູ່ າົ ກບັ ຄວາມຖູ່ ຂີ ດີ ເລູ່ ມີ ຕກົ ກະທບົ ໃສູ່ ຜວິ ຂອງໂລຫະ ຈະບູ່ ມໍ ເີ ອເລກັ ຕຣອນຫຸດຼ ອອກ ຈາກຜວິ ໂລຫະ ຂ. ແສງທູ່ ີມຄີ ວາມຖູ່ ີຄູ່ າດຽວຕກົ ກະທບົ ໃສູ່ ຜິວຂອງໂລຫະຕູ່ າງຊະນດິ ກນັ ຈະໃຫໂ້ ຟໂຕເອເລກັ ຕຣອນທູ່ ີມີ ພະລງັ ງານເດນີ ເຄູ່ ອນສູງສຸດເທູ່ າົ ກນັ 44
Search
Read the Text Version
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- 37
- 38
- 39
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- 49
- 50
- 51
- 52
- 53
- 54
- 55
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- 61
- 62
- 63
- 64
- 65
- 66
- 67
- 68
- 69
- 70
- 71
- 72
- 73
- 74
- 75
- 76
- 77
- 78
- 79
- 80
- 81
- 82
- 83
- 84
- 85
- 86
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- 92
- 93
- 94
- 95
- 96
- 97
- 98
- 99
- 100
- 101
- 102
- 103
- 104
- 105
- 106
- 107
- 108
- 109
- 110
- 111
- 112
- 113
- 114
- 115
- 116
- 117
- 118
- 119
- 120
- 121
- 122
- 123
- 124
- 125
- 126
- 127
- 128
- 129
